LNG燃料动力船舶事故后果三维模拟及预测

发布时间：2017-09-03 19:23

  本文关键词：LNG燃料动力船舶事故后果三维模拟及预测

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【摘要】：使用LNG作为船舶动力燃料能够有效地减少污染气体以及温室气体的排放,其经济效益与社会经济效益十分明显,旦我国对LNG燃料动力船舶的研究处于刚刚起步的阶段,对于LNG作为新的船舶燃料的安全性研究处于空白阶段。 本文利用FLACS商业软件,开展对LNG泄漏、NG扩散行为研究,以及NG云团在不同条件下的爆炸行为进行模拟研究。在此基础以安徽芜湖某公司试航成功的LNG燃料动力船舶为对象,使用FLACS前置处理器CASD建立三维物理模型,采用k-ε双方程模型解决湍流问题,对LNG气液两相进行了数值模拟,并在泄漏扩散的基础上,开展了云团爆炸模拟。主要研究结果如下： (1)在LNG泄漏扩散中,单侧有无障碍物对液池形成形状较大,有障碍物情景下的液池半径比无障碍物的要大,障碍物对气相扩散起到扰流作用,扩散半径小于无障碍物的情景,相反云团宽度要大于后者； (2)LNG气体云团爆炸的后果受其三维物理模型内部阻塞率以及空间约束条件的影响。阻塞率越高,约束条件越高,其形成的超压冲击波峰值越大,传播速率也越快,外部障碍物对超压冲击波的波形形成有影响,峰值遇上障碍物后骤减,可以根据波形图形来设计防爆墙； (3)LNG燃料动力船舶三种不同的泄漏场景下形成最终的液池形态没有变化,风向对液池形成没有影响。不同场景对形成气体云团的最大高度有影响,模拟结果表明在罐体下侧形成的云团高度最大。三种场景模拟得到的云团宽度相差不大,重气云团集中分布在主甲板之上，，沿船尾主甲板铺展开。改变泄漏源位置与风向对LNG燃料动力船舶发生扩散后气相分布影响不大,其高浓度区域皆集中在液池上方,模拟得到泄漏场景1的可燃区域半径最大,为17.23m； (4)LNG燃料动力船舶发生爆炸形成两次爆炸冲击,爆炸的最大超压分布在二层甲板室内,轻伤、中伤、重伤以及死亡四个伤害等级的爆炸灾害半径分别为37.53m、28.51m、23.82m和9.13m。
【关键词】：CFD LNG燃料动力船舶 泄漏事故后果预测
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.92;U698.6
【目录】：

• 学位论文数据集4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 目录10-12
• Contents12-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 选题背景及意义14-16
• 1.2 国内外研究进展16-18
• 1.3 LNG特性18-21
• 1.4 本论文的研究内容21-22
• 第二章 FLACS模型的建立与模拟研究方法22-36
• 2.1 几何模型与网格模型22-24
• 2.1.1 结构数据库的建立22-23
• 2.1.2 网格模型23-24
• 2.2 相关CFD模型构建24-32
• 2.2.1 气相传递模型26-29
• 2.2.2 液相传递模型29-32
• 2.2.3 NG燃烧速率模型32
• 2.3 定解条件的选择32-36
• 2.3.1 初始条件32-33
• 2.3.2 边界条件33-36
• 第三章 LNG扩散过程的模拟研究36-48
• 3.1 模拟计算方法36-38
• 3.2 有无障碍对LNG扩散的影响38-46
• 3.2.1 液相扩散38-40
• 3.2.2 气相扩散行为40-46
• 3.3 本章小结46-48
• 第四章 LNG气体云团的爆炸过程模拟48-66
• 4.1 模拟计算方法48-51
• 4.2 模拟结果分析51-65
• 4.2.1 不同阻塞率对云团爆炸的影响51-56
• 4.2.2 不同空间约束条件对云团爆炸的影响56-59
• 4.2.3 外部有无障碍物对云团爆炸的影响59-65
• 4.3 本章小结65-66
• 第五章 LNG燃料动力船舶事故后果模拟66-82
• 5.1 模拟计算方法66-72
• 5.1.1 三维物理模型66-68
• 5.1.2 气象条件68
• 5.1.3 计算区域及网格划分68-72
• 5.2 扩散模拟结果分析72-77
• 5.2.1 液相扩散72-74
• 5.2.2 气相扩散74-77
• 5.3 事故后果模拟结果分析77-80
• 5.3.1 可燃区域77-78
• 5.3.2 爆炸灾害距离78-80
• 5.4 本章小结80-82
• 第六章 结论82-84
• 参考文献84-90
• 附图1：扩散过程组图190-94
• 附图2：扩散过程组图294-98
• 附图3：扩散过程组图398-102
• 附图4：爆炸过程组图102-106
• 致谢106-108
• 研究成果及已发表的学术论文108-110
• 作者及导师简介110-111
• 附件111-112

【参考文献】

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本文编号：786895