LNG储罐分层翻滚数值分析

摘要

LNG是在气田中自然开采出来的可燃气体经过预处理、冷却、液化后再节流膨胀而得到以液态形式存在的天然气。在 LNG的储存过程中容易发生一种“翻滚”现象。LNG在常压下沸点大约为-162℃，在储存过程中靠近罐壁处的LNG容易受到环境漏热的影响，罐内已分层的LNG在各自的分层区形成独立的自然对流循环，并通过层与层之间的液-液界面进行传质和传热，使罐内不同LNG的密度不断发生变化，当密度接近相等时罐内 LNG发生强烈混合，罐内大量液体在短时间内蒸发，释放大量的蒸发气，这种现象称为“翻滚”。翻滚现象容易在储罐周围形成爆炸性混合云团，或者引发沸腾液蒸汽膨胀爆炸BLEVE，对LNG的储运安全造成严重影响和威胁。
　　本文通过ICEM CFD软件建立LNG储罐分层翻滚的物理模型，用二维瞬态方法近似模拟真实储罐从分层到翻滚的过程。模拟过程用ANSYS FLUENT软件的多相流VOF模型，分别模拟了储罐侧壁和罐底在不同漏热强度下和不同初始密度差下储罐内 LNG的翻滚过程，并绘制了LNG储罐内不同高度处和气-液界面处的流速和密度的变化曲线图，并对不同工况下的翻滚过程进行理论分析。
　　数值模拟计算表明：不同工况下 LNG储罐内发生翻滚现象的时间是不同的。同样的LNG储罐增大侧壁和罐底的漏热强度，会使翻滚现象提前发生；同样的漏热强度下，罐内不同初始密度差的LNG，密度差越小，越容易翻滚，需要的时间越少。通过观察不同高度处罐内 LNG的密度和流速变化，发现由于漏热等因素产生的自然对流是翻滚现象的直接动力。
　　通过模拟和分析不同工况下LNG储罐的翻滚现象，为LNG的安全储运提供一定的理论建议，防止LNG储存过程中不安全事故的发生。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究LNG储罐翻滚的意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容

1.5 技术路线和创新点

第二章 LNG分层与翻滚计算方法

2.1 计算流体动力学（CFD）简介

2.2 ANSYS有限元分析软件概述

2.3 FLUENT概述

2.4 LNG储罐介绍

2.5 小结

第三章 LNG储罐分层与翻滚计算方法

3.1 研究对象及模型建立

3.2 网格无关性验证

3.3 自然对流的理论基础

3.4 紊流模型的基本概念及选择

3.5 Boussinesq假设

3.6 多相流模型概述

3.7 小结

第四章 翻滚的数值模拟和分析

4.1 不同漏热工况下的模拟结果及分析

4.2 不同初始密度差工况下的模拟结果及分析

4.3 小结

第五章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文