考虑相变机理的独立C型舱蒸发性能研究

发布时间：2020-05-08 06:39

【摘要】：近年来,随着全球变暖、环境污染等问题日趋明显,节能减排、绿色环保等问题越来越受到人们的关注,一些相关的法规标准也应运而生。天然气凭借其绿色高效的特点,其贸易量也在逐年增长。这使得作为LNG转运装备的中小型LNG加注船/运输船也逐渐成为研究热点。对于中小型LNG船来说,液舱主要以独立C型舱为主。独立C型低温液舱的蒸发性能是目前研究的热点与难点,也是影响LNG船营运能力以及经济性的关键所在。本文采用物理实验与数值计算相结合的研究方式,分析了独立C型低温液舱的蒸发性能相关规律,并建立了合适的计算方法。本文的研究内容主要分为以下几个方面:1).阐述了以液氮为实验工质的1.5m3独立C型低温液舱蒸发性能实验。实验结果表明,低温液舱内部气相温度高于气液交界面处的温度,气液交界面处的温度高于液相温度;并且低温液体的蒸发是一个不稳定的无规律的动态变化过程。2).本文提出了一种将低温液舱绝热维护系统及低温流体蒸发相变耦合起来计算的蒸发率预报方法,并以此方法分析了1.5m3实验液舱的蒸发性能,结果表明:液舱内部温度场上高下低,并且壁面附近流体温度高于其内部区域流体温度;管路和鞍座会影响其附近区域温度分布;低温液体主要以蒸发的形式实现传质过程,并且在气液界面处较为显著;在自由蒸发状态下,舱内压强呈现上低下高的分布规律;分析流场可以发现,气相流体速度高于液相流体,并且壁面附近流体速度高于内部区域流体速度。3).通过数值计算的方式对比分析了晃荡状态下和静置状态下独立C型低温液舱蒸发性能的差异。分析结果表明:相比于静置状态,液舱晃荡后,气液相之间以及流体与壁面之间的传热过程会加剧,进而会加剧液体的蒸发;在同一充装率下,晃荡幅值越大,晃荡频率越靠近该充装率下液舱的固有频率,自由液面越紊乱,传热现象越显著,蒸发越剧烈,同时压强变化速度及变化幅度均越大;对于液舱内的温度场而言,晃荡状态的气相温度低于静置状态的气相温度,而液相温度高于静置状态的温度,并且晃荡状态时封头区域温度明显低于静置状态相同区域处的温度。4).三维模型计算结果表明,在25s时间内,晃荡状态下的壁面漏热量高出静置状态下的壁面漏热量20%左右,晃荡运动对蒸发率的影响较显著。本文提出了一种预报独立C型低温液舱蒸发率的预报方法,并通过数值计算探究了晃荡运动对低温液舱蒸发性能的影响规律,研究结果对独立C型舱的设计提供了指导。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.133.3

【参考文献】