本文關(guān)鍵詞：晃蕩條件下LNG液貨艙分層與翻滾現(xiàn)象的數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著世界液化天然氣貿(mào)易量的增長(zhǎng)以及海上天然氣開(kāi)發(fā)和輸運(yùn)的發(fā)展,海上液化天然氣(LNG)的輸運(yùn)的安全問(wèn)題已成為一個(gè)重要的研究課題。“翻滾”現(xiàn)象指LNG儲(chǔ)罐或液貨艙內(nèi)因壁面漏熱,不同層之間不斷進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換,當(dāng)密度相近時(shí)發(fā)生的渦旋與蒸發(fā)現(xiàn)象。翻滾現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)對(duì)LNG的儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程造成嚴(yán)重的威脅,應(yīng)受到足夠的重視。本文建立了LNG液貨艙內(nèi)分層和翻滾的物理模型和數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用FLUENT軟件,模擬采用了多相流VOF模型和瞬態(tài)模擬方法,加入了自定義的激勵(lì)函數(shù)程序,對(duì)一個(gè)薄膜型LNG液貨艙在靜止和晃動(dòng)兩種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的分層和翻滾現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了在漏熱條件下LNG儲(chǔ)罐內(nèi)從分層到開(kāi)始翻滾的動(dòng)態(tài)過(guò)程及不同相之間的界面位置變化,并對(duì)這兩種不同狀態(tài)下液貨艙的分層與翻滾過(guò)程進(jìn)行了對(duì)比分析。模擬結(jié)果表明:在底壁和側(cè)壁同時(shí)漏熱的情況下,靜止?fàn)顟B(tài)的儲(chǔ)罐內(nèi)會(huì)首先發(fā)生各自層內(nèi)的自然對(duì)流,當(dāng)上下兩層液體密度相等時(shí),兩層液體會(huì)發(fā)生混合,產(chǎn)生劇烈的翻滾現(xiàn)象。增大側(cè)壁和底壁的漏熱強(qiáng)度以及減小初始的分層間密度差都會(huì)使翻滾現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)間提前,改變初始分層的高度也對(duì)翻滾發(fā)生的時(shí)間和強(qiáng)度產(chǎn)生影響。在晃蕩條件下,液貨艙內(nèi)兩層液體會(huì)較快發(fā)生摻混,翻滾孕育過(guò)程要遠(yuǎn)小于靜止條件。減小晃蕩周期或者減小液貨艙LNG的充滿度都會(huì)減小翻滾孕育的時(shí)間。對(duì)靜止和晃蕩條件下分層與翻滾過(guò)程的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)在晃蕩條件下,使兩層LNG密度快速達(dá)到一致的因素是晃蕩的動(dòng)力作用;靜止條件下,由漏熱和兩層間的溫差產(chǎn)生的雙擴(kuò)散作用是影響兩層LNG密度變化的主要因素。通過(guò)數(shù)值模擬,得出了不同工況下薄膜型LNG液貨艙內(nèi)翻滾發(fā)生的條件和規(guī)律,最后給出了消除分層和預(yù)防翻滾的措施,為L(zhǎng)NG的儲(chǔ)存和運(yùn)輸安全提供一定的指導(dǎo)性建議和參考。
【關(guān)鍵詞】：LNG液貨艙 翻滾 分層 晃蕩 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE975
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 課題背景10-13
• 1.1.1 LNG的儲(chǔ)運(yùn)與運(yùn)輸概況10-11
• 1.1.2 LNG儲(chǔ)罐中的自然對(duì)流11
• 1.1.3 LNG儲(chǔ)罐中的分層與翻滾現(xiàn)象11-13
• 1.2 研究LNG儲(chǔ)罐內(nèi)翻滾現(xiàn)象的意義13-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展14-20
• 1.3.1 國(guó)外LNG分層與翻滾的研究進(jìn)展14-17
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)LNG分層與翻滾的研究進(jìn)展17-20
• 1.4 對(duì)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展分析及本文主要研究?jī)?nèi)容20-21
• 第2章 LNG分層與翻滾模型建立及數(shù)值方法21-36
• 2.1 LNG船概述21-23
• 2.2 液貨艙分層與翻滾的模型建立23-28
• 2.2.0 LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的自然對(duì)流23-25
• 2.2.1 自然對(duì)流幾個(gè)重要參數(shù)介紹25-26
• 2.2.2 液貨艙物理模型26-27
• 2.2.3 計(jì)算域及網(wǎng)格劃分27-28
• 2.3 數(shù)學(xué)模型及數(shù)值方法28-33
• 2.3.1 基本守恒方程28-29
• 2.3.2 BOUSSINESQ假設(shè)29-30
• 2.3.3 湍流流動(dòng)模型30-31
• 2.3.4 多相流模型概述31-32
• 2.3.5 VOF模型32-33
• 2.4 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證33-35
• 2.5 FLUENT求解流程35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 第3章 靜止工況下LNG分層與翻滾的數(shù)值模擬36-63
• 3.1 數(shù)值模擬相關(guān)設(shè)置36-38
• 3.1.1 靜止工況下分層與翻滾的模型介紹36
• 3.1.2 材料物性參數(shù)36-37
• 3.1.3 邊界條件和初始條件37
• 3.1.4 FLUENT求解器、算法及離散方法37-38
• 3.2 不同漏熱工況下的模擬結(jié)果及分析38-50
• 3.2.1 熱流密度為 20 W/m2的模擬結(jié)果38-42
• 3.2.2 熱流密度為 30 W/m2的模擬結(jié)果42-45
• 3.2.3 熱流密度為 40 W/m2的模擬結(jié)果45-48
• 3.2.4 漏熱對(duì)翻滾過(guò)程影響分析48-50
• 3.3 不同分層高度工況下的模擬結(jié)果及分析50-57
• 3.4 不同初始密度差工況下的模擬結(jié)果及分析57-62
• 3.5 本章小結(jié)62-63
• 第4章 晃蕩工況下LNG分層與翻滾的數(shù)值模擬63-80
• 4.1 晃蕩工況下液貨艙模型的建立63-64
• 4.1.1 晃蕩條件下LNG液貨艙模型63-64
• 4.1.2 材料參數(shù)設(shè)置及計(jì)算模型的選取64
• 4.2 液貨艙晃蕩問(wèn)題的分析64-66
• 4.2.1 液貨艙晃蕩的外界激勵(lì)形式64-65
• 4.2.2 液貨艙晃蕩激勵(lì)函數(shù)的確定65-66
• 4.2.3 晃蕩參數(shù)的選擇66
• 4.3 不同周期下液貨艙翻滾的結(jié)果與分析66-74
• 4.3.1 充滿度 50%時(shí)不同周期工況下的模擬結(jié)果66-70
• 4.3.2 充滿度 90%時(shí)不同周期工況下的模擬結(jié)果70-73
• 4.3.3 對(duì)不同周期下的模擬結(jié)果分析73-74
• 4.4 不同晃蕩角度下液貨艙翻滾的結(jié)果與分析74-76
• 4.5 晃蕩工況與靜止工況下分層與翻滾的對(duì)比分析76-78
• 4.6 消除液貨艙內(nèi)分層及預(yù)防翻滾的措施78-79
• 4.7 本章小結(jié)79-80
• 結(jié)論80-82
• 參考文獻(xiàn)82-87
• 附錄87-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果88-90
• 致謝90

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