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晃荡条件下LNG液货舱分层与翻滚现象的数值模拟
| 论文题名： | 晃荡条件下LNG液货舱分层与翻滚现象的数值模拟 |
| 关键词： | 液化天然气液货舱;液体分层;翻滚现象;数值模拟 |
| 摘要： | 随着世界液化天然气贸易量的增长以及海上天然气开发和输运的发展，海上液化天然气(LNG)的输运的安全问题已成为一个重要的研究课题。“翻滚”现象指LNG储罐或液货舱内因壁面漏热，不同层之间不断进行热量和质量的交换，当密度相近时发生的涡旋与蒸发现象。翻滚现象的产生会对LNG的储运过程造成严重的威胁，应受到足够的重视。 本文建立了LNG液货舱内分层和翻滚的物理模型和数学模型，应用FLUENT软件，模拟采用了多相流VOF模型和瞬态模拟方法，加入了自定义的激励函数程序，对一个薄膜型LNG液货舱在静止和晃动两种不同运动状态下的分层和翻滚现象进行数值模拟，得到了在漏热条件下LNG储罐内从分层到开始翻滚的动态过程及不同相之间的界面位置变化，并对这两种不同状态下液货舱的分层与翻滚过程进行了对比分析。 模拟结果表明：在底壁和侧壁同时漏热的情况下，静止状态的储罐内会首先发生各自层内的自然对流，当上下两层液体密度相等时，两层液体会发生混合，产生剧烈的翻滚现象。增大侧壁和底壁的漏热强度以及减小初始的分层间密度差都会使翻滚现象发生的时间提前，改变初始分层的高度也对翻滚发生的时间和强度产生影响。在晃荡条件下，液货舱内两层液体会较快发生掺混，翻滚孕育过程要远小于静止条件。减小晃荡周期或者减小液货舱LNG的充满度都会减小翻滚孕育的时间。对静止和晃荡条件下分层与翻滚过程的对比，发现在晃荡条件下，使两层LNG密度快速达到一致的因素是晃荡的动力作用；静止条件下，由漏热和两层间的温差产生的双扩散作用是影响两层LNG密度变化的主要因素。 通过数值模拟，得出了不同工况下薄膜型LNG液货舱内翻滚发生的条件和规律，最后给出了消除分层和预防翻滚的措施，为LNG的储存和运输安全提供一定的指导性建议和参考。 |
| 作者： | 李泊然 |
| 专业： | 水力学及河流动力学 |
| 导师： | 朱蒙生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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