LNG燃料动力船舶事故后果三维模拟及预测

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，但我国对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。在此基础上，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。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究进展

1．3 LNG特性

1．4 本论文的研究内容

第二章 FLACS模型的建立与模拟研究方法

2．1 几何模型与网格模型

2．1．1 结构数据库的建立

2．1．2 网格模型

2．2 相关CFD模型构建

2．2．1 气相传递模型

2．2．2 液相传递模型

2．2．3 NG燃烧速率模型

2．3 定解条件的选择

2．3．1 初始条件

2．3．2 边界条件

第三章 LNG扩散过程的模拟研究

3．1 模拟计算方法

3．2 有无障碍对LNG扩散的影响

3．2．1 液相扩散

3．2．2 气相扩散行为

3．3 本章小结

第四章 LNG气体云团的爆炸过程模拟

4．1 模拟计算方法

4．2 模拟结果分析

4．2．1 不同阻塞率对云团爆炸的影响

4．2．2 不同空间约束条件对云团爆炸的影响

4．2．3 外部有无障碍物对云团爆炸的影响

4．3 本章小结

第五章 LNG燃料动力船舶事故后果模拟

5．1 模拟计算方法

5．1．1 三维物理模型

5．1．2 气象条件

5．1．3 计算区域及网格划分

5．2 扩散模拟结果分析

5．2．1 液相扩散

5．2．2 气相扩散

5．3 事故后果模拟结果分析

5．3．1 可燃区域

5．3．2 爆炸灾害距离

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

附图1：扩散过程组图1

附图2：扩散过程组图2

附图3：扩散过程组图3

附图4：爆炸过程组图

致谢

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