极地环境下油船油气挥发特性研究
发布时间：2021-09-28 15:03
随着经济的快速发展,我国每年需要向外国进口大量原油来满足内需,在油船运输过程中,若舱内油气浓度过高,可能导致油舱爆炸。近年来随着极地航线的开辟以及极地油田的开采,人们对极地油船污染环境的风险关注愈加明显。随着北极航线的畅通与极地油船数量的增加,油船运营的安全性以及极地环境的污染问题备受重视。论文的主要研究内容如下:一、通过分析油船在极地环境实际海况中的运输状态,确定油品性质及晃荡影响因子,并根据能量守恒、质量守恒和动量守恒等微分方程组描述货油的换热过程。根据晃荡油舱中油品的流动特性,采用动网格技术实现油舱内油品的晃荡状态,通过RNG湍流模型将油气扩散与液舱晃荡紧密结合。二、通过建立缩尺数值模型,模拟货油在不同环境温度下的温度场以及浓度场的变化特性,分析极地环境下,货油温度场、速度场、浓度场与常温环境下的区别,在温度场的基础上探究舱内油气浓度场的分布情况;并分析静水与晃荡条件下的区别,总结晃荡对温度场以及油气浓度场的影响。本文为油船在极地环境运输过程中舱内油气的挥发机理提供了理论基础,同时对极地油船安全运输、减少运营成本与降低极地环境污染有指导意义。
【文章来源】：浙江海洋大学浙江省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
货油模型舱示意图
极地环境下油船油气挥发特性研究12度为332mPa·s，经计算所选实验油品物理性质如表2-1所示。表2-1实验用油的热物理属性Tab2.1Thermalphysicalpropertiesofexperimentaloil温度/K密度/Kg·m-3导热系数/W·m-1·K-1比热容/KJ·kg-1·K-1动力黏度/mPa·s298.158300.182.053322.3物理模型的建立及网格划分2.3.1模型的构建与网格划分本文选取某VLCC双壳油船的L型边舱作为模型的原型，其尺寸为22m×20m×30m，以缩尺比为1/40建立模型尺寸为0.50m×0.55m×0.75m的缩尺模型舱，舱壁厚度为0.01m，利用Gambit软件建立油舱三维数值模型，如图2-1所示。因考虑到油舱需要模拟晃荡状态，在模拟晃荡过程时网格需要拉伸而发生形变，故本文主要采用六面体结构网格对数值模型进行网格划分。加热盘管附近的网格为四面体非结构网格。网格模型经无关性验证，取网格数量为123286，节点数为70756，最小质量为0.58，质量在0.95~1之间的网格数量占比达到96%，网格质量满足数值计算要求。划分的网格如图2-2所示。图2-1货油模型舱示意图图2-2网格划分Fig2.1SchematicdiagramofmodelcargotankFig2.2Griddivision2.3.2数值方法验证为了验证数值方法的准确性，选取课题组朱祥[20]对缩尺模型进行数值模拟数据进行货油加热的模型验证。油品的物性参数为：40℃时的密度为876kg/m3，
第二章液货舱油气挥发特性研究方法13运动黏度为68mm2/s，导热系数为0.144W/(m·K)，载液率为67%，初始油温12.25℃，总加热时间为20min，选取相同监测点(0.29,0.13,0.36)。图2-3油舱数值方法验证Fig2.3Validationoftanknumericalmethods由图2-3所示数值模拟结果的对比，可以看出数值试验数据与文献数据吻合较好，通过计算得到数值误差小于10%。误差产生的原因可能数值模拟采用的油品黏度是以线性函数的形式变化，实际油品黏度是指数形式发生变化；其次，由于实验条件、数值监测点位置的差异，仪器精度如传感器不准确等因素，导致数值结果与实验数据存在不可避免的误差；再者数值试验设定的边界条件较为理想，实际条件下很难达到理想值，故存在误差。由此可知，此数值方法可用来模拟货油加热过程。2.4初始条件确定2.4.1极地温度的选定极地航线一般指北极航线，而北极地区的气候变化较为明显，极地气温因季节转化等因素差异较大。北极各地区平均气温在-40℃至10℃之间，冬季大部分地区的最低气温可低至-50℃以下，一般保持在-30℃以下。但因终年被冰雪覆盖（海冰、冰川或积雪），且绝大部分地区每年中的大部分时间地表都有冰雪，海水温度基本在0℃左右。由于全年温差变化较大，而在航行环境下的温差也很大，因此，为了更好地反映极地低温环境，本文选取相对中间的温度，即海平面以上
【参考文献】：
期刊论文
[1]拱顶罐收油过程中油气扩散排放的数值模拟[J]. 王兆利,黄维秋,纪虹,赵晨露,李丽,张齐正. 石油学报(石油加工). 2017(02)
[2]大型原油浮顶储罐蒸汽盘管加热过程数值模拟[J]. 孙巍,成庆林,王沛迪,衣犀. 化学工程. 2016(07)
[3]气升式陶瓷膜过滤过程的气液两相流模拟[J]. 林进,沈浩,景文珩. 化工学报. 2016(06)
[4]沉船油舱抽油加热过程的热力学分析[J]. 周家海. 船舶工程. 2015(05)
[5]改进的VOF方法对气液两相流振荡流动和传热计算的影响[J]. 朱海荣,张卫正,原彦鹏. 航空动力学报. 2015(05)
[6]限制空间装货过程中透气变化的晃荡效应[J]. 卢金树,朱哲野,刘枫琛. 中国石油大学学报(自然科学版). 2014(05)
[7]外浮顶罐油气泄漏的数值模拟[J]. 赵晨露,黄维秋,钟璟,王文捷,徐先阳,王英霞. 化工学报. 2014(10)
[8]油舱透气晃荡效应研究模型实验设计[J]. 朱哲野,卢金树,刘枫琛,朱发新,李玉乐. 油气储运. 2014(06)
[9]油气储运理论与技术进展[J]. 张劲军,何利民,宫敬,李玉星,宇波,刘刚. 中国石油大学学报(自然科学版). 2013(05)
[10]液氢加注系统竖直管道内Taylor气泡的行为特性[J]. 马昕晖,徐腊萍,陈景鹏,宋建军. 低温工程. 2011(06)
博士论文
[1]轻质燃料油蒸发损耗控制软浮顶油罐技术研究[D]. 杨宏伟.中国矿业大学 2014
[2]液体晃荡及其与结构的相互作用[D]. 朱仁庆.中国船舶科学研究中心 2002
硕士论文
[1]极地油船货油加热过程节能研究[D]. 朱祥.浙江海洋大学 2018
[2]晃荡液舱气液传质行为及油气排放特性研究[D]. 张乾.浙江海洋大学 2018
[3]油船双壳结构阻漏的晃荡失效机理及原油泄漏特性研究[D]. 杨振波.浙江海洋大学 2016
[4]沉船油舱高粘和固状原油的传热性与流动性研究[D]. 胡文鹏.大连海事大学 2015
[5]渔船油舱油品气液两相传质的晃荡效应研究[D]. 朱哲野.浙江海洋学院 2014
[6]浮顶储油罐温降规律与温度监测报警系统的研究[D]. 刘泽.大庆石油学院 2009
[7]海浪周期若干问题研究[D]. 李瑞丽.中国海洋大学 2007
[8]油轮货油加热和保温过程传热机理研究[D]. 张存有.大连海事大学 2007
[9]基于FLUENT平台的油轮货油加热和保温过程的研究[D]. 金志辉.大连海事大学 2006
本文编号：3412133
【文章来源】：浙江海洋大学浙江省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
货油模型舱示意图
极地环境下油船油气挥发特性研究12度为332mPa·s，经计算所选实验油品物理性质如表2-1所示。表2-1实验用油的热物理属性Tab2.1Thermalphysicalpropertiesofexperimentaloil温度/K密度/Kg·m-3导热系数/W·m-1·K-1比热容/KJ·kg-1·K-1动力黏度/mPa·s298.158300.182.053322.3物理模型的建立及网格划分2.3.1模型的构建与网格划分本文选取某VLCC双壳油船的L型边舱作为模型的原型，其尺寸为22m×20m×30m，以缩尺比为1/40建立模型尺寸为0.50m×0.55m×0.75m的缩尺模型舱，舱壁厚度为0.01m，利用Gambit软件建立油舱三维数值模型，如图2-1所示。因考虑到油舱需要模拟晃荡状态，在模拟晃荡过程时网格需要拉伸而发生形变，故本文主要采用六面体结构网格对数值模型进行网格划分。加热盘管附近的网格为四面体非结构网格。网格模型经无关性验证，取网格数量为123286，节点数为70756，最小质量为0.58，质量在0.95~1之间的网格数量占比达到96%，网格质量满足数值计算要求。划分的网格如图2-2所示。图2-1货油模型舱示意图图2-2网格划分Fig2.1SchematicdiagramofmodelcargotankFig2.2Griddivision2.3.2数值方法验证为了验证数值方法的准确性，选取课题组朱祥[20]对缩尺模型进行数值模拟数据进行货油加热的模型验证。油品的物性参数为：40℃时的密度为876kg/m3，
第二章液货舱油气挥发特性研究方法13运动黏度为68mm2/s，导热系数为0.144W/(m·K)，载液率为67%，初始油温12.25℃，总加热时间为20min，选取相同监测点(0.29,0.13,0.36)。图2-3油舱数值方法验证Fig2.3Validationoftanknumericalmethods由图2-3所示数值模拟结果的对比，可以看出数值试验数据与文献数据吻合较好，通过计算得到数值误差小于10%。误差产生的原因可能数值模拟采用的油品黏度是以线性函数的形式变化，实际油品黏度是指数形式发生变化；其次，由于实验条件、数值监测点位置的差异，仪器精度如传感器不准确等因素，导致数值结果与实验数据存在不可避免的误差；再者数值试验设定的边界条件较为理想，实际条件下很难达到理想值，故存在误差。由此可知，此数值方法可用来模拟货油加热过程。2.4初始条件确定2.4.1极地温度的选定极地航线一般指北极航线，而北极地区的气候变化较为明显，极地气温因季节转化等因素差异较大。北极各地区平均气温在-40℃至10℃之间，冬季大部分地区的最低气温可低至-50℃以下，一般保持在-30℃以下。但因终年被冰雪覆盖（海冰、冰川或积雪），且绝大部分地区每年中的大部分时间地表都有冰雪，海水温度基本在0℃左右。由于全年温差变化较大，而在航行环境下的温差也很大，因此，为了更好地反映极地低温环境，本文选取相对中间的温度，即海平面以上
【参考文献】：
期刊论文
[1]拱顶罐收油过程中油气扩散排放的数值模拟[J]. 王兆利,黄维秋,纪虹,赵晨露,李丽,张齐正. 石油学报(石油加工). 2017(02)
[2]大型原油浮顶储罐蒸汽盘管加热过程数值模拟[J]. 孙巍,成庆林,王沛迪,衣犀. 化学工程. 2016(07)
[3]气升式陶瓷膜过滤过程的气液两相流模拟[J]. 林进,沈浩,景文珩. 化工学报. 2016(06)
[4]沉船油舱抽油加热过程的热力学分析[J]. 周家海. 船舶工程. 2015(05)
[5]改进的VOF方法对气液两相流振荡流动和传热计算的影响[J]. 朱海荣,张卫正,原彦鹏. 航空动力学报. 2015(05)
[6]限制空间装货过程中透气变化的晃荡效应[J]. 卢金树,朱哲野,刘枫琛. 中国石油大学学报(自然科学版). 2014(05)
[7]外浮顶罐油气泄漏的数值模拟[J]. 赵晨露,黄维秋,钟璟,王文捷,徐先阳,王英霞. 化工学报. 2014(10)
[8]油舱透气晃荡效应研究模型实验设计[J]. 朱哲野,卢金树,刘枫琛,朱发新,李玉乐. 油气储运. 2014(06)
[9]油气储运理论与技术进展[J]. 张劲军,何利民,宫敬,李玉星,宇波,刘刚. 中国石油大学学报(自然科学版). 2013(05)
[10]液氢加注系统竖直管道内Taylor气泡的行为特性[J]. 马昕晖,徐腊萍,陈景鹏,宋建军. 低温工程. 2011(06)
博士论文
[1]轻质燃料油蒸发损耗控制软浮顶油罐技术研究[D]. 杨宏伟.中国矿业大学 2014
[2]液体晃荡及其与结构的相互作用[D]. 朱仁庆.中国船舶科学研究中心 2002
硕士论文
[1]极地油船货油加热过程节能研究[D]. 朱祥.浙江海洋大学 2018
[2]晃荡液舱气液传质行为及油气排放特性研究[D]. 张乾.浙江海洋大学 2018
[3]油船双壳结构阻漏的晃荡失效机理及原油泄漏特性研究[D]. 杨振波.浙江海洋大学 2016
[4]沉船油舱高粘和固状原油的传热性与流动性研究[D]. 胡文鹏.大连海事大学 2015
[5]渔船油舱油品气液两相传质的晃荡效应研究[D]. 朱哲野.浙江海洋学院 2014
[6]浮顶储油罐温降规律与温度监测报警系统的研究[D]. 刘泽.大庆石油学院 2009
[7]海浪周期若干问题研究[D]. 李瑞丽.中国海洋大学 2007
[8]油轮货油加热和保温过程传热机理研究[D]. 张存有.大连海事大学 2007
[9]基于FLUENT平台的油轮货油加热和保温过程的研究[D]. 金志辉.大连海事大学 2006
本文编号：3412133
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