晃蕩條件下LNG液貨艙分層與翻滾現(xiàn)象的數(shù)值模擬.pdf

1、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

2、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)從分層到開始翻滾的動(dòng)態(tài)過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

3、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