船用LNG储罐储存特性的研究

发布时间：2017-10-20 16:10

  本文关键词：船用LNG储罐储存特性的研究

  更多相关文章： LNG储罐 安全储存 数值模拟 热响应

【摘要】：LNG(液化天然气)作为一种洁净、便捷、高效的能源,以其环保、高热值、储运方便等优点成为当今人类社会选择的优质能源之一,特别是近些年来随着全球LNG生产和贸易的日益活跃,液化天然气行业正成为全球增长最快的能源行业之一。由于保温性能的限制,通过壁面进入的热量必然对储罐内部LNG流体的温度场和压力场产生影响,储罐内部气压的变化不仅影响到运输的经济效益,同时过高的气体压力亦会对船舶的安全运行造成安全隐患。因此,针对LNG储罐内部流体的热响应进行研究,以获得储罐内流体的流动传热规律对于LNG船舶安全储运来说具有重要的意义。本文首先介绍了课题的研究背景以及意义,回顾了国内外对低温液体储存问题的研究现状,并运用多项式拟合的方法总结出了甲烷的各物性参数,为后续热力学方法计算与仿真模拟研究提供数据基础。然后以某型1100m3船用LNG储罐作为研究对象,根据该型储罐的特点进行了物理模型简化,提出相关假设条件,建立了常温环境中LNG储罐热响应过程的物理模型和数学模型,并应用FLUENT软件对LNG储罐响应过程进行了模拟计算。在模拟计算过程中用Realizable k-e湍流模型来描述流体湍流流动,用VOF模型处理两相流动,通过UDS功能建立蒸发模型程序,添加因气液间的蒸发而引起的质量方程和能量方程中的源相,从而处理在热响应过程中气液两相间的质量和能量的变化情况。通过LNG储罐热响应仿真模拟得到的储存过程中速度、温度、压力等流场信息,分析不同时刻储罐内的流动传热特点,得到在储存过程中LNG储罐内流动传热规律,为该型船用LNG储罐的设计和改进提供了依据。同时运用热力学模型计算方法对LNG储罐无损储存过程进行了计算,并将储罐的热响应模拟结果与热力学模型计算结果进行对比分析,并对几种热力学模型计算的假设条件的适用性进行了探讨分析,为工程设计中传统热力学计算模型的选取提供了一定的借鉴和参考依据。
【关键词】：LNG储罐 安全储存 数值模拟 热响应
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.133.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 课题研究的意义和价值12-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.3.1 低温流体无损存储规律的研究13-14
• 1.3.2 LNG安全储存技术存在的问题14-15
• 1.4 本论文主要的工作及方法15
• 1.5 本章小结15-17
• 第2章 甲烷的热力学性质与物性参数17-25
• 2.1 基本物性参数17
• 2.2 热力学性质17-22
• 2.2.1 密度17-19
• 2.2.2 饱和温度19-20
• 2.2.3 蒸发潜热20
• 2.2.4 比热容20-21
• 2.2.5 比焓21-22
• 2.3 迁移性质22-23
• 2.3.1 粘度22-23
• 2.3.2 导热系数23
• 2.3.3 热膨胀系数23
• 2.4 本章小结23-25
• 第3章 基于传统热力学模型方法的储罐热响应计算25-35
• 3.1 LNG储罐概述25-27
• 3.2 储罐漏热量计算27-30
• 3.2.1 流体物性及对流换热系数计算27-28
• 3.2.2 储罐漏热率计算28-30
• 3.3 储罐内流体升温、升压计算30-33
• 3.4 本章小结33-35
• 第4章 LNG储罐热响应仿真模拟35-67
• 4.1 LNG储罐热响应物理模型35-36
• 4.2 假设条件36
• 4.3 数学模型36-45
• 4.3.1 基本守恒方程37
• 4.3.2 湍流流动模型37-40
• 4.3.3 固壁边界条件处理40-41
• 4.3.4 两相流模型41-43
• 4.3.5 蒸发模型43-45
• 4.4 求解方法45-48
• 4.5 应用软件介绍48-51
• 4.5.1 Fluent软件介绍48-49
• 4.5.2 Fluent软件数值求解方法49-51
• 4.6 网格划分51
• 4.7 边界条件及初始条件51
• 4.8 计算模型51-54
• 4.9 流场初始化54-56
• 4.10 计算结果及流场分析56-65
• 4.10.1 计算结果对比验证56-57
• 4.10.2 流场分析57-63
• 4.10.3 同传统的热力学计算模型进行对比分析63-65
• 4.11 本章小结65-67
• 第5章 总结与展望67-69
• 5.1 总结67-68
• 5.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73-75
• 致谢75

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