LNG船薄膜型液舱预冷过程数值预报与作业优化研究

发布时间：2017-09-16 10:21

  本文关键词：LNG船薄膜型液舱预冷过程数值预报与作业优化研究

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【摘要】：随着我国能源结构的调整和大气污染物排放的严控,天然气以其清洁、高效的特性,需求量日益上升。为了弥补我国天然气资源的短缺,我国将会大量进口液化天然气(LNG)。这意味着LNG船港口作业量剧增,港口及海域的高效利用应提上日程。为避免装货时大量LNG气化吸热导致货物围护系统局部温度过低,发生液舱材料冷脆失效,在装货前要对液舱实施预冷作业。合理的液舱预冷作业不仅能保障LNG装卸货流程中各环节的安全,也能减少作业时间。但是目前由于缺乏有效的预冷作业的技术支持,未能提出合理的预冷方案指导LNG船液舱预冷作业实施,致使作业过于保守、耗时过长,降低了LNG船及接收站的经济效益。目前LNG运输船液舱对预冷过程采用的预报方法主要是集总参数法和CFD数值仿真技术,问题体现在:(1)集总参数法不能预报预冷时反应液舱状态的物理量在空间上的演变;(2)CFD技术中对物理问题建模时忽略货物围护系统,同时忽略液舱预冷时预冷剂相变潜热,并假设预冷时流动与传热现象为稳态。为此本课题以CFD数值仿真技术为手段,建模时考虑货物围护系统并计及预冷时预冷剂相变潜热吸热作用,利用FLUENT对液舱预冷过程液舱多物理场实施数值预报,提出液舱预冷过程预报方法,在此基础上基于预冷时间对预冷作业过程开展优化方案的研究。本课题选取某LNG运输船液舱作为数值实验的原型,实施全尺度建模。主要开展了两方面工作:一、提出一种计及LNG相变且能够预报液舱预冷时货物围护系统的温度演变细节特征的预冷过程预报方法;二、基于预报方法,在保证安全的前提下以快速实施预冷作业为原则,对液舱预冷作业过程实施优化研究,给出在液舱预冷影响因素作用下的预冷作业优化方案。通过研究,得出液舱预冷时舱内流体多物理场的演变规律,总结出液舱货物围护系统每层材料的温度变化特征,并通过对货物围护系统内部典型位置的切片面、线上的温度分布综合得出液舱预冷时货物围护系统内部温度变化机理;另一方面,通过对预冷过程影响因素的研究提出了对液舱预冷过程的优化方法,以期指导实船的液舱预冷作业。研究成果不仅可以为LNG船液舱预冷作业提供直接技术支持,同时也可以为船级社制定LNG运输船作业相关规范提供参考。另外,本项目的研究成果也间接提高了LNG接收站港口的使用效率,缓解相关海域的可用资源紧缺的局面,提高LNG接收站的货物吞吐量,取得良好的经济社会效益。
【关键词】：LNG船 液舱 货物围护系统 预冷过程 数值预报 过程优化
【学位授予单位】：浙江海洋学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U663.85
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-13
• 第一章 引言13-20
• 1.1 研究背景与意义13-14
• 1.1.1 研究背景13-14
• 1.1.2 研究意义14
• 1.2 薄膜型液舱预冷研究现状与发展趋势14-17
• 1.2.1 预冷过程预报技术14-16
• 1.2.2 液舱预冷作业现状16-17
• 1.2.3 发展趋势17
• 1.3 课题研究内容、目标、方法、技术路线与创新点17-20
• 1.3.1 课题研究内容17-18
• 1.3.2 课题研究目标18
• 1.3.3 课题研究方法与技术路线18-19
• 1.3.4 课题创新点19-20
• 第二章 液舱预冷预报数值模型20-32
• 2.1 问题描述20-23
• 2.1.1 LNG船液舱20-22
• 2.1.2 预冷作业22-23
• 2.2 物理模型23-25
• 2.2.1 问题的假设与简化23-24
• 2.2.2 主屏蔽薄膜的处理24-25
• 2.2.3 物理模型25
• 2.3 数值模型25-31
• 2.3.1 CFD技术及软件26
• 2.3.2 控制方程26-29
• 2.3.3 边界与初始条件29
• 2.3.4 网格方案29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 液舱预冷预报方法32-44
• 3.1 流-固共轭传热数值解法32
• 3.2 预报方法32-33
• 3.3 数值模型求解33-38
• 3.3.1 构建模型33
• 3.3.2 材料属性33-34
• 3.3.3 操作与区域计算条件34-35
• 3.3.4 边界条件35-36
• 3.3.5 求解算法36-38
• 3.4 方法、验证与误差38-43
• 3.4.1 方法确定38-40
• 3.4.2 结果验证40-41
• 3.4.3 误差分析41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 液舱内流体状态的预报结果及分析44-54
• 4.1 液舱内温度、压力时间历程44-48
• 4.1.1 流体域温度时间历程44-47
• 4.1.2 液舱内压力时间历程47-48
• 4.2 流体域流动与传热特征分析48-53
• 4.2.1 流体域流场48-50
• 4.2.2 流体域温度场50-52
• 4.2.3 液舱内压力场52-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第五章 货物围护系统的温度预报结果及分析54-64
• 5.1 货物围护系统温度时间历程54-55
• 5.2 货物围护系统温度空间分布55-63
• 5.2.1 主屏蔽薄膜温度梯度56-58
• 5.2.2 壁厚方向货物围护系统的温度等值线分析58-60
• 5.2.3 货物围护系统的温度梯度60-63
• 5.3 本章小结63-64
• 第六章 预冷过程作业优化64-68
• 6.1 预冷过程的限制条件64
• 6.2 预冷过程的影响因素64-65
• 6.3 预冷过程优化方法65-67
• 6.3.1 LNG入口流率效应65-67
• 6.3.2 作业优化方法67
• 6.4 本章小结67-68
• 第七章 总结与展望68-70
• 7.1 总结68-69
• 7.2 展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 在读期间发表的学术论文及研究成果75

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本文编号：862460