船舶LNG储槽晃荡热动响应特性分析
发布时间：2021-09-30 09:50
储运LNG船舶在航行中受外界环境影响,储槽内LNG液体出现晃荡,以及储槽维护结构的漏热,使得储罐内温度和压力变化,LNG出现相变,导致LNG的耗损及安全隐患。针对在晃荡和外界漏热影响下船舶LNG储槽热质传递过程,利用气-液两相VOF模型,建立了描述LNG储槽热动响应的数学模型,分析了在不同外部漏热、晃荡幅度和储槽内LNG液位高度下,储槽内LNG损耗及其热质传递特性,以及LNG储槽内自由液面波动。随着外部漏热上升,振幅和频率增加,使得LNG气相区压力增加和LNG损耗率增大,并随槽内LNG液位降低时,其增加的幅度相对较大。本文分析结果,可为优化船舶LNG储槽结构和LNG储槽的运行管理提供一定理论指导。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(15)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
船用LNG储槽二维示意图Fig.1Two-dimensionalschematicdiagramofamarineLNGstoragetank
闯鲆何辉谝欢?时，数值分析结果与试验趋于一致，储罐中划分的网格数为32740，图2为液相区的静压力云图，最大的静压力结果为724Pa，与理论上的静压力734Pa偏差1.4%。由数值计算结果与试验对照可见，本文所建立的数学模型和数值分析方法正确，其结果是可信的。本文VOF模型、相变传质模型（LEEModel）和k-湍流模型，离散的格式采用的是2阶精度的离散格式，保证计算结果的精度，动量项和能量项都采用2阶迎风格式，压力速度耦合算法采用SIMPLEC算法，残差值低于10–6。图2晃荡条储槽内LNG压力计算结果与试验对照[7]Fig.2CalculationresultofLNGpressureinsloshingtankandcomparisonwithtest4结果和讨论4.1受晃荡影响储槽LNG液面变化特性LNG储槽存在气体空间时发生晃荡工况，低温液体与气相区的内界面会诱发连续的波动，本文采取VOF算法计算并捕捉液体表面的形状，为了深入分析波动的变化规律，实验中以气液分界面即整个变化的自由液面为检测面，得出图3中4幅（每幅代表一个晃荡周期）液面抬升的变化曲线图。自由液面的晃荡波动曲线形状在初始液位来回上下变化，左壁面上液位抬升峰值达到0.05m。从图3（a）可以发现，在–0.2~0m和0~0.2m处都出现一个波峰，是由于晃荡动能的传递产生的，从4.2~4.6s，动态监测点在右侧最高，随着时间的推移，波峰向左侧移动。当波峰到达左侧时，又随着晃荡向右侧推动，自由液面在第1个周期如此往复来回运动。从图3（b）可知，在第2个周期中，自由液面即存在波峰，有出现了波谷。随着晃动能量传递，带动了液体更多的颠簸起伏。图3（c）和图3（d）中所示，内界?
⑾郑??–0.2~0m和0~0.2m处都出现一个波峰，是由于晃荡动能的传递产生的，从4.2~4.6s，动态监测点在右侧最高，随着时间的推移，波峰向左侧移动。当波峰到达左侧时，又随着晃荡向右侧推动，自由液面在第1个周期如此往复来回运动。从图3（b）可知，在第2个周期中，自由液面即存在波峰，有出现了波谷。随着晃动能量传递，带动了液体更多的颠簸起伏。图3（c）和图3（d）中所示，内界面中的变化又与第1个周期中的类似，可知液体液体吸收了晃动能量之后逐渐趋向稳定了。图3在晃荡条件下储槽内LNG不同时间的液面高度Fig.3LiquidlevelofLNGinstoragetankatdifferenttimesundersloshingconditions原因是刚开始储槽晃荡带动液体时，液体处于静止状态，没有动能，液体存在一定的惯性。当LNG各部分液体全部吸收完外部的晃荡能量后，液体在初始液面上下波动呈现有规律的周期性变化。从液面的抬升曲线可以发现，越靠近中间，液体的波动峰值就越小，是因为一部分液体吸收晃动能被晃动到罐子壁面的两侧。图4分别检测的是LNG储槽内气相区和液相区温度随时间变化的过程，气相区的初始温度为134K，液·84·舰船科学技术第42卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维参数的船舶稳性设计与优化研究[J]. 李娟. 舰船科学技术. 2019(02)
[2]船用LNG储罐的液体晃荡数值分析[J]. 何晓聪,何荣. 船海工程. 2016(03)
本文编号：3415616
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(15)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
船用LNG储槽二维示意图Fig.1Two-dimensionalschematicdiagramofamarineLNGstoragetank
闯鲆何辉谝欢?时，数值分析结果与试验趋于一致，储罐中划分的网格数为32740，图2为液相区的静压力云图，最大的静压力结果为724Pa，与理论上的静压力734Pa偏差1.4%。由数值计算结果与试验对照可见，本文所建立的数学模型和数值分析方法正确，其结果是可信的。本文VOF模型、相变传质模型（LEEModel）和k-湍流模型，离散的格式采用的是2阶精度的离散格式，保证计算结果的精度，动量项和能量项都采用2阶迎风格式，压力速度耦合算法采用SIMPLEC算法，残差值低于10–6。图2晃荡条储槽内LNG压力计算结果与试验对照[7]Fig.2CalculationresultofLNGpressureinsloshingtankandcomparisonwithtest4结果和讨论4.1受晃荡影响储槽LNG液面变化特性LNG储槽存在气体空间时发生晃荡工况，低温液体与气相区的内界面会诱发连续的波动，本文采取VOF算法计算并捕捉液体表面的形状，为了深入分析波动的变化规律，实验中以气液分界面即整个变化的自由液面为检测面，得出图3中4幅（每幅代表一个晃荡周期）液面抬升的变化曲线图。自由液面的晃荡波动曲线形状在初始液位来回上下变化，左壁面上液位抬升峰值达到0.05m。从图3（a）可以发现，在–0.2~0m和0~0.2m处都出现一个波峰，是由于晃荡动能的传递产生的，从4.2~4.6s，动态监测点在右侧最高，随着时间的推移，波峰向左侧移动。当波峰到达左侧时，又随着晃荡向右侧推动，自由液面在第1个周期如此往复来回运动。从图3（b）可知，在第2个周期中，自由液面即存在波峰，有出现了波谷。随着晃动能量传递，带动了液体更多的颠簸起伏。图3（c）和图3（d）中所示，内界?
⑾郑??–0.2~0m和0~0.2m处都出现一个波峰，是由于晃荡动能的传递产生的，从4.2~4.6s，动态监测点在右侧最高，随着时间的推移，波峰向左侧移动。当波峰到达左侧时，又随着晃荡向右侧推动，自由液面在第1个周期如此往复来回运动。从图3（b）可知，在第2个周期中，自由液面即存在波峰，有出现了波谷。随着晃动能量传递，带动了液体更多的颠簸起伏。图3（c）和图3（d）中所示，内界面中的变化又与第1个周期中的类似，可知液体液体吸收了晃动能量之后逐渐趋向稳定了。图3在晃荡条件下储槽内LNG不同时间的液面高度Fig.3LiquidlevelofLNGinstoragetankatdifferenttimesundersloshingconditions原因是刚开始储槽晃荡带动液体时，液体处于静止状态，没有动能，液体存在一定的惯性。当LNG各部分液体全部吸收完外部的晃荡能量后，液体在初始液面上下波动呈现有规律的周期性变化。从液面的抬升曲线可以发现，越靠近中间，液体的波动峰值就越小，是因为一部分液体吸收晃动能被晃动到罐子壁面的两侧。图4分别检测的是LNG储槽内气相区和液相区温度随时间变化的过程，气相区的初始温度为134K，液·84·舰船科学技术第42卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维参数的船舶稳性设计与优化研究[J]. 李娟. 舰船科学技术. 2019(02)
[2]船用LNG储罐的液体晃荡数值分析[J]. 何晓聪,何荣. 船海工程. 2016(03)
本文编号：3415616
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