儲運LNG船舶在航行中受外界環(huán)境影響,儲槽內(nèi)LNG液體出現(xiàn)晃蕩,以及儲槽維護(hù)結(jié)構(gòu)的漏熱,使得儲罐內(nèi)溫度和壓力變化,LNG出現(xiàn)相變,導(dǎo)致LNG的耗損及安全隱患。針對在晃蕩和外界漏熱影響下船舶LNG儲槽熱質(zhì)傳遞過程,利用氣-液兩相VOF模型,建立了描述LNG儲槽熱動響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,分析了在不同外部漏熱、晃蕩幅度和儲槽內(nèi)LNG液位高度下,儲槽內(nèi)LNG損耗及其熱質(zhì)傳遞特性,以及LNG儲槽內(nèi)自由液面波動。隨著外部漏熱上升,振幅和頻率增加,使得LNG氣相區(qū)壓力增加和LNG損耗率增大,并隨槽內(nèi)LNG液位降低時,其增加的幅度相對較大。本文分析結(jié)果,可為優(yōu)化船舶LNG儲槽結(jié)構(gòu)和LNG儲槽的運行管理提供一定理論指導(dǎo)。 

【文章來源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(15)北大核心

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【部分圖文】：

船用LNG儲槽二維示意圖Fig.1Two-dimensionalschematicdiagramofamarineLNGstoragetank

闖鲆何輝諞歡?時，數(shù)值分析結(jié)果與試驗趨于一致，儲罐中劃分的網(wǎng)格數(shù)為32740，圖2為液相區(qū)的靜壓力云圖，最大的靜壓力結(jié)果為724Pa，與理論上的靜壓力734Pa偏差1.4%。由數(shù)值計算結(jié)果與試驗對照可見，本文所建立的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值分析方法正確，其結(jié)果是可信的。本文VOF模型、相變傳質(zhì)模型（LEEModel）和k-湍流模型，離散的格式采用的是2階精度的離散格式，保證計算結(jié)果的精度，動量項和能量項都采用2階迎風(fēng)格式，壓力速度耦合算法采用SIMPLEC算法，殘差值低于10–6。圖2晃蕩條儲槽內(nèi)LNG壓力計算結(jié)果與試驗對照[7]Fig.2CalculationresultofLNGpressureinsloshingtankandcomparisonwithtest4結(jié)果和討論4.1受晃蕩影響儲槽LNG液面變化特性LNG儲槽存在氣體空間時發(fā)生晃蕩工況，低溫液體與氣相區(qū)的內(nèi)界面會誘發(fā)連續(xù)的波動，本文采取VOF算法計算并捕捉液體表面的形狀，為了深入分析波動的變化規(guī)律，實驗中以氣液分界面即整個變化的自由液面為檢測面，得出圖3中4幅（每幅代表一個晃蕩周期）液面抬升的變化曲線圖。自由液面的晃蕩波動曲線形狀在初始液位來回上下變化，左壁面上液位抬升峰值達(dá)到0.05m。從圖3（a）可以發(fā)現(xiàn)，在–0.2~0m和0~0.2m處都出現(xiàn)一個波峰，是由于晃蕩動能的傳遞產(chǎn)生的，從4.2~4.6s，動態(tài)監(jiān)測點在右側(cè)最高，隨著時間的推移，波峰向左側(cè)移動。當(dāng)波峰到達(dá)左側(cè)時，又隨著晃蕩向右側(cè)推動，自由液面在第1個周期如此往復(fù)來回運動。從圖3（b）可知，在第2個周期中，自由液面即存在波峰，有出現(xiàn)了波谷。隨著晃動能量傳遞，帶動了液體更多的顛簸起伏。圖3（c）和圖3（d）中所示，內(nèi)界?

⑾鄭??–0.2~0m和0~0.2m處都出現(xiàn)一個波峰，是由于晃蕩動能的傳遞產(chǎn)生的，從4.2~4.6s，動態(tài)監(jiān)測點在右側(cè)最高，隨著時間的推移，波峰向左側(cè)移動。當(dāng)波峰到達(dá)左側(cè)時，又隨著晃蕩向右側(cè)推動，自由液面在第1個周期如此往復(fù)來回運動。從圖3（b）可知，在第2個周期中，自由液面即存在波峰，有出現(xiàn)了波谷。隨著晃動能量傳遞，帶動了液體更多的顛簸起伏。圖3（c）和圖3（d）中所示，內(nèi)界面中的變化又與第1個周期中的類似，可知液體液體吸收了晃動能量之后逐漸趨向穩(wěn)定了。圖3在晃蕩條件下儲槽內(nèi)LNG不同時間的液面高度Fig.3LiquidlevelofLNGinstoragetankatdifferenttimesundersloshingconditions原因是剛開始儲槽晃蕩帶動液體時，液體處于靜止?fàn)顟B(tài)，沒有動能，液體存在一定的慣性。當(dāng)LNG各部分液體全部吸收完外部的晃蕩能量后，液體在初始液面上下波動呈現(xiàn)有規(guī)律的周期性變化。從液面的抬升曲線可以發(fā)現(xiàn)，越靠近中間，液體的波動峰值就越小，是因為一部分液體吸收晃動能被晃動到罐子壁面的兩側(cè)。圖4分別檢測的是LNG儲槽內(nèi)氣相區(qū)和液相區(qū)溫度隨時間變化的過程，氣相區(qū)的初始溫度為134K，液·84·艦船科學(xué)技術(shù)第42卷

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于三維參數(shù)的船舶穩(wěn)性設(shè)計與優(yōu)化研究[J]. 李娟.  艦船科學(xué)技術(shù). 2019(02)
[2]船用LNG儲罐的液體晃蕩數(shù)值分析[J]. 何曉聰,何榮.  船海工程. 2016(03)



本文編號：3415616