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原文传递 LNG-FSRU液舱晃荡与超低温度场分析方法及其局部结构优化研究

论文题名：	LNG-FSRU液舱晃荡与超低温度场分析方法及其局部结构优化研究
关键词：	LNG-FSRU装置;温度场;液舱晃荡;缓冲系数;结构优化设计
摘要：	浮式液化天然气储存再气化装置（LNG-FSRU）作为当今世界海洋石油工程领域的高端技术装备，具有高附加值、高技术的特点，且可以完全替代沿海陆地 LNG接收终端，提高 LNG接收终端的经济性和环保性，灵活可移动且自身造价低廉，现已在国外液化天然气工程领域广泛使用，在我国也成为国家海洋工程领域主要研究的热点问题之一。　　本文主要以超大型 LNG-FSRU为研究背景，以设计建造中的关键安全问题为研究目标，对超低温作用下 LNG-FSRU系统稳态温度场的计算方法进行了研究分析，并结合LNG-FSRU全生命周期中可能出现屏壁层及加热装置失效工况，对LNG-FSRU进行了稳态温度场分布计算，对失效工况下安全问题进行了深入研究。考虑 LNG-FSRU液舱晃荡问题，对 LNG-FSRU液舱一阶、二阶晃荡进行了深入研究。在考虑低温和液舱晃荡载荷共同作用下对 LNG-FSRU局部结构优化设计方法进行了探讨。本论文主要研究内容及研究工作总结如下：　　首先，本文对传热学基本理论进行了总结，基于热力学基本理论计算了对LNG-FSRU内外壳间局部封闭方腔空气夹层传热，将内外壳间辐射、肋骨、低温结霜等对换热的影响转化为对流换热系数的变化，对对流换热系数进行了修正。根据热力学能量守恒定律给出了基于简化模型的 LNG-FSRU局部结构温度解析计算方法。在理论研究的基础上，采用数值模拟方法基于等效对流耦合边界条件对船体内外壳间的热量传递进行了计算分析，在不同环境温度下对 LNG-FSRU稳态温度场进行了模拟。同时，考虑到 LNG-FSRU服役期漫长，给出了多种潜在的事故工况假设，研究了在主次屏壁层失效及隔舱加热器故障失效工况下温度分布情况，为 LNG-FSRU系统影响其结构安全的低温情况提供理论依据。　　其次，结合船体自身水动力特性，对 LNG-FSRU液舱晃荡问题进行了研究。研究了双排舱 LNG-FSRU横摇时，摇摆轴位置对液舱晃荡载荷分布的影响，为液货船液舱结构设计提供参考。同时在本文中，通过一阶固有频率选取极端船体运动激励幅值，对不同载液率下LNG-FSRU横荡时晃荡载荷分布规律进行了计算分析，结果表明20%载液率下晃荡载荷最剧烈。在此基础上，对液舱二阶晃荡问题进行了研究，在势流理论框架下结合摄动理论对三维液舱二阶晃荡问题进行了理论推导，得到二阶共振发生的理论解并进行了数值验证。　　最后，研究了极端液舱晃荡载荷和低温共同作用下 LNG-FSRU系统局部结构响应及优化设计问题。在计算中引入屏壁层等效缓冲作用的思想，用缓冲系数代替屏壁层的缓冲影响，得到结构实际应力位移分布情况，并对局部结构进行了优化设计，得到了最优化的结构设计结果。该方法对 LNG-FSRU局部结构优化设计给出了可供参考的有益结论。
作者：	王翀
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	姜滨
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文