LNG管道冷应力数值模拟

在LNG船舶设计建造中,用于运输、装卸的液化低温管道需承受-160 ～+80℃的温差变化,在这个过程中极易对船舶的管道造成应力损伤,因此有必要对LNG船舶管道进行应力分析.文章基于CFD建立T型三通管管道模型,利用FLUENT软件进行数值模拟,从不同支管管径和不同预冷速度2个角度,研究支管管径、进口流速对三通管内压力场...     

LNG船液舱晃荡数值模拟

为了研究船的液舱晃荡问题,基于CFD软件Fluent,计算、分析了LNG实船液舱内液体的三维晃荡特性.首先通过与试验数据的比较,验证了三维数值模型的正确性,分析了网格等要素对监测壁面压力的影响.其次通过数值模拟,分析了舱长变化对液体晃荡的影响,说明了三维研究的必要性.最后对LNG船的液舱晃荡进行了三维数值模拟.结果表明,数值计算模型可行,能准确揭示晃荡中的各种现象.     

液态LNG喷雾过程闪急沸腾条件数值模拟研究

由于闪急沸腾喷雾可以改善燃油雾化质量,对缸内混合气的形成十分有利,所以研究液态LNG的闪急沸腾喷雾具有非常重要的意义。文章首先解析了纯液态LNG在喷嘴内部的流动过程,利用其计算结果作为LNG喷雾计算的初始条件和边界条件,在此基础上,使用AVL Fire软件激活了初始破碎模型及Flash Boiling模型,对纯液态LNG闪急沸腾喷雾过程进行了数值模拟计算,研究了喷雾发展的过程,并确定了LNG液态喷射发生闪急沸腾现象的条件,数值计算结果与文献结果吻合较好。计算研究表明,当环境压力处于[0.1 MPa,4.59 MPa]区间时,只要环境压力小于液态LNG饱和蒸气压,均可发生闪急沸腾现象;当环境压力大于4.59 MPa时,不论液态LNG温度如何变化,都不能发生闪急沸腾现象;LNG闪急沸腾喷雾形状始终保持为类圆锥体,但并不完全对称,在发展过程中,液滴直径迅速减小,喷雾前端会形成涡旋结构,随后,该结构破碎、消失。     

LNG船液舱晃荡的数值模拟

随着海上液化天然气开采和卸载的发展，LNG船非充满舱的晃荡问题已成为一个重要的研究课题。基于流体体积（VOF）法描述晃荡流场的自由面，结合动网格技术，建立了适合不同几何形状的液舱晃荡数值模拟的计算方法。首先针对二维矩形舱和三维立方体舱及薄膜型舱进行了计算，并将相关的横向力、波高和压力曲线与试验结果作对比，吻合较好，验证了此法的可行性和有效性。然后，对三种不同类型的LNG液舱模型（球形舱、圆柱形舱和薄膜型舱）分别进行了系统的晃荡数值计算与分析，将三者的力、力矩、压力计算结果以及自由液面形状进行了比较分析。结果表明，三种液舱模型在晃荡过程中的结果和现象十分类似，通过对液舱在晃荡过程中的受力和舱室容积的综合衡量，作为一种LNG船的新型舱室，圆柱形舱室是很有发展前景的。     

LNG电控共轨燃料供给系统中喷油器的数值模拟

通过AMESim软件中自带的液力、机械和电磁模块,对LNG电控共轨燃料供给系统中的喷油器进行建模,在所建立的喷油器模拟模型中,通过改变单一变量的方法,着重对不同的控制腔出油孔与进油孔、轨压、喷油孔径和顶杆直径进行了模拟计算,得出了其规律性的结论,为LNG电控共轨燃料供给系统中喷油器的设计提供指导意义和方案。     

海流引起海底管道悬空的数值模拟

海底管道悬跨将影响管道的安全运营.在海底管道稳定性设计中,需要合理分析具有初始嵌入深度的海底管道产生悬空的物理机制.本文对海流作用下铺设于砂质海床上的海底管道悬空进行了数值模拟.求解不可压缩流体N-S方程,分析了海流作用下管道周围的流场特性,研究了管道两侧的压力分布特性和海床表面剪应力的分布特点.在管道绕流流场分析的基础上,通过对土体渗流方程的求解,得到了管道周围砂质海床内的渗流场以及渗流水力梯度场的分布情况.与海床表面剪应力计算结果进行比较分析发现,管道下方渗流出口处土体的流土渗透破坏将诱导管道发生悬空.     

LNG船舶舱室泄漏爆炸动态响应模拟研究

LNG作为一种在船舶领域广泛运用的优质能源,其泄漏爆炸事故会对船舶舱室结构以及工作人员的生命安全产生严重危害。本文以某LNG燃料动力船舱室结构为研究对象,基于显式非线性有限元软件MSC.Dytran,采用TNT等效法对舱室结构在LNG泄漏爆炸作用下的响应结果进行数值模拟。从冲击波压力分布、结构损伤以及吸能分析等角度进行分析,发现承受冲击波直接损伤最严重的是上下甲板;舷侧外板受反射波影响最大;而吸收能量最多的是骨架构件。本文研究可为LNG燃料动力船抗爆性能优化提供参考。     

LNG低温柔性管道内衬金属波纹管的概念选型设计

金属波纹管结构在现代工程的多个领域中均具有广泛的应用,作为一种重要的补偿元件,可在压力容器和管道系统中对结构的温度变化、机械位移或振动进行热补偿与位移补偿等。近年来,随着高技术船舶FLNG(Floating Liquefied Natural Gas),即新型海上浮式LNG（液化天然气）生产系统的兴起与发展,金属波纹管结构也广泛地应用于LNG低温柔性管道中。作为低温柔性管道的内衬结构层,金属波纹管直接与低温传输介质接触,可起到承受管道内部压力、密封传输介质等功能。然而在实际工程中,波纹管结构的截面形状多种多样,不同管型的金属波纹管对应的力学性能差异较大,其概念选型设计尚缺乏系统性的研究。本文以最常见的U型、C型、Ω型等三种管型波纹管为研究对象,分别对这三种管型的金属波纹管进行多工况分析与关键性能指标对比,得到不同管型的金属波纹管结构在实际应用中所适用的工程背景,并认为U型波纹管是最适合LNG低温柔性管道内衬层的金属波纹管结构。     

海上LNG模块化接收终端的平面布置

通过二维波浪折射、绕射计算程序,对海上LNG模块化接收终端的消浪效果进行了数值模拟,得到两种不同平面布置方案的波浪场分布。根据波浪数值模拟结果,初步评估两种平面布置方案对LNG船舶靠泊的影响。模拟结果表明,通过对LNG储存模块的合理布置,可以实现防波堤效果。     

大型LNG船液舱晃荡载荷数值预报和模型试验比较

大型LNG船液舱晃荡冲击载荷的合理预报是液舱结构安全性设计和评估的基础。针对部分装载的LNG船液舱的晃荡载荷开展数值预报方法研究,建立了合理的数值模型和计算方案。通过典型菱形液舱的三维晃荡模型试验,获得LNG液舱在各种运动模式下流体拍击舱壁的冲击载荷特性。在数值计算和对比分析中,首先对舱内液体在各种运动模式下的晃荡固有频率进行了搜索,然后在各个固有频率下进行了变幅值激励和耦合运动激励下的冲击压力计算,得到了不利运动工况下的冲击压力预报结果。数值模拟结果与模型试验结果的比较表明,提出的液舱晃荡数值计算方法能够合理地预报大型LNG船液舱晃荡载荷特征。在此基础上,对各种载液水平和运动模式下大型LNG船液舱内壁的压力分布进行了详细计算,可供液舱围护系统结构设计和安全性评估参考。     

LNG船薄膜型液舱晃荡条件下的数值模拟以及受力情况研究

建立描述晃荡条件下液货舱的运动数学模型,对薄膜型液舱在晃荡条件下的受力情况进行研究分析.通过与实验结果的对照,验证了模型的正确性.针对晃荡周期这个主要影响因素,研究薄膜型液舱的受力和内部波形变化等,从而确定所研究液舱的充满度限制条件;研究新的薄膜型液舱型式下对晃荡的敏感性程度,得到双列结构的液舱有效地降低了晃荡的冲击影响,有利于LNG船的安全运行.     

基于船体变形数值仿真的FPSO管道应力分析

为区别于传统经验公式计算管道应力的方法,采用有限元方法计算浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）船体变形,提取具体管道支架的位移值,并利用CAESAR Ⅱ软件进行管道应力计算。有限元预报得到的管道应力更加准确,而经验公式得到偏保守的结果。建议在对FPSO管道进行初步设计时可采用经验公式方法,在进行详细设计和局部管道应力校核时可采用数值仿真方法。     

液化天然气船货舱内部压力研究

LNG船的货舱内部压力应按照IGC规则的要求进行计算。其中,无因次加速度合成方法和横稳心高(GM值)是影响货舱内部压力的重要因素。IGC规则允许采用2种方法来进行无因次加速度的合成:二维加速度椭圆合成法和三维加速度椭球合成法。针对某22万m3薄膜型LNG船,编制了载荷计算电子表格,比较了这2种加速度合成方法导致的货舱内部压力的差异,电子表格计算结果与船级社相应计算软件的结果相一致。另外,就GM值对货舱内部压力的影响进行了讨论。     

LNG燃料舱晃荡载荷数值分析

以某冷藏集装箱船的薄膜型液化天然气(LNG)燃料舱为例,考虑船舶运动与燃料舱内LNG晃荡的耦合作用,根据势流理论在时域内求解燃料舱内LNG的晃荡压力,将作用在舱壁的晃荡载荷分解为脉冲压力和非脉冲压力。将随时间变化的LNG脉冲压力作为虚拟的附加质量耦合船舶的运动,采用数值模拟的方法分析LNG燃料舱的晃荡压力。结果表明,当燃料舱距离船中较远、重心较高时晃荡压力大幅增加。研究成果对其他类型的LNG燃料舱晃荡压力的计算具有一定的参考意义。     

LNG码头应急通道与应急锚地研究

本文针对LNG应急逃离情况以及国内LNG应急锚地使用现状,总结分析国内、外LNG应急锚地布置情况;结合江苏滨海LNG码头通航条件,提出LNG应急通道及应急锚地三种布置方案,通过操船模拟试验论证比选并得出结论,供类似工程参考。     

面向航道管理约束下的液化天然气码头通过能力仿真分析

针对目前国内LNG接卸码头通过能力距国际先进水平尚存一定差距的情况,通过分析某LNG码头统计数据,确定国内LNG码头接卸能力的主要影响因素为航道水深限制(乘潮)和夜间靠泊限制等航道管理约束条件,并据此确定4种模拟工况。利用仿真软件,模拟各工况下船舶进港到离港各环节,得到各工况不同泊位利用率下的通过能力和等待时间。通过分析模拟结果,指出了影响国内LNG码头通过能力的最大因素、合理的LNG泊位利用率、Q-Flex型及以上LNG码头通过能力,为LNG码头建设和管理提供参考。     

弹塑性海床上海底管道的稳定性分析

采用大型的通用有限元软件对管土系统进行分析.采用Ramberg-Osgood弹塑性模型模拟海床土体,采用“接触对”（contact pair）的算法处理管土接触面,数值模拟显示,随着管道水下重力的增大,管道下方土体的塑性区域逐渐扩展,相应的管道沉降量也逐渐增大,并明显高于弹性模型的计算值.通过改变管道参数进行对比计算,结果表明,这些参数对管道的沉降量、摩擦力、极限阻力都有一定程度的影响.