液化天然气船隔热舱室传热仿真新方法.pdf

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1、孙彦兵．等：液化天然气船隔热舱室传热仿真新方法。53。液化天然气船隔热舱室传热仿真新方法孙彦兵，李品友(上海海事大学商船学院，上海201306)提要将液化天然气船内外壳之间的对流传热过程等效为传热量相同的稳态导热过程．简化计算．并保证了计算结果的精度。通过MATLAB对温度场的模拟．实现了液化天然气船隔热舱室传热温度场的可视化。这种新方法可在类似的复杂模型中进行运用。关键词液化天然气船隔热舱室等效MATLAB温度场中图分类号U662文献标识码AANewMethodforHeatTransferSimu

2、lationofInsulatedCabinonLNGCarrierSUNYan—bing，LIPin—you(ShanghaiMaritimeUniversityMerchantMarineCollege，Shanghai201306，China)AbstractThroughsimplifyingconvectionheattransferbetweentheLNGinnershelltosteady—stateheattransfer，whichsimplifiestheanalysisproc

3、esstosolvetheheattransferproblems．Italsoensuresthecalculationaccuracy．ThenuseMATLABtosimulationthetem—peraturefield。theLNGcarrierinsulatedcabinheattransferbecomevisual．Thisnewmethodcanusetosolvetheproblemslikethisone．KeywordsLNGcarrierInsulatedcabinEqua

4、ItoMATLABTemperaturefield引言液化天然气船内外壳之间的对流传热过程非常复杂【1]，在以往的研究中往往借助于大型工程软件来模拟其中的对流传热，在工程应用中比较繁琐，考虑到液化天然气船内外壳之间空气层的传热方式对舱室隔热层的影响有限，并且工程中主要需求为隔热舱室固体结构的温度场，故对空气层对流传热等效为稳态导热。液化天然气船隔热舱室结构形式有很多种口j，本文选取的物理模型为法国GTT公司的NO．96型薄膜型液舱¨J，其具体结构如图l所示。2模型参数与简化2．1隔热舱室模型参数作者简

5、介：孙彦兵(1990一)．男．在读研究生。图1液化天然气船货物围护系统隔热舱室模型参数¨一如表1所示。2．2简化模型分析通过把液化天然气船隔热舱室船体内外壳板之间空气层和加筋板简化为单一固体，以此来等效在其中的稳态导热。取各部分截面积相等，等比例缩小后简化模型如图2所示。R1、R2、R3、R4分别为船体外壳板、空气和加筋造船技术2014年第5期(总第321期)板等效层、船体内壳板、货舱壁等效层。表lLNG船货物围护系统各层材料参数厚度占导热系数A层数材料(mm)(W／m·K)1殷钢薄膜0．7482绝热

6、木箱l2300．033殷钢薄膜O．7484绝热木箱2300O．035树脂绳i00．3026内壳板20487空气和加筋板1500k8外壳板2048注：表中女为模型中空气与加筋板等效导热系数。R图2货物围护系统简化模型3数学分析3．1理论基础对流传热方式的影响因素有很多，主要有流动的起因，流动的状态，有无相变，流体物性以及集合因素，因此分析相对复杂。二位对流传热微分方程组如下[5]：连续方程：竽+譬一0(1)d工d3I式中：甜、可分别为工、Y方向的分速度。动量微分方程：lD(碧+“凳+u笔)一只一髦+"3

7、Zu3Zu)(2)lD(瓦3y+“蹇+u筹)一Fy--瓦OpT，，、．孬3zv-r碍3Zv)(3)式中：左端为惯性力项，右端三项依次为体积力项、压力项和粘性力项。能量微分方程：爰+“袅+u瓦3t一驯刁322t。刁3矿zt)(4)苏十“瓦十u瓦一驯刁z。刁矿¨’式中：瓦3t为瞬态项；“砉+u瓦3tdY为对流项；日(筹+zo～oo工碧)为导热项。dY对于一维稳态导热则满足下式：q=Aaatz(5)式中：A为导热系数；t为温度；z为壁面厚度。对于此模型，等效传热系数满足下式的要求：Q—Q一。一Q一；(6)即

8、需要找到一个等效导热系数使等效热流量等于船体外壳和空气的对流传热量以及空气和船体内壳的对流传热量。3．2简化分析在模型的简化过程中考虑到其对称性，且液化天然气船在海上航行时间较长‘6。，故仅截取模型的一段来研究，将内外板对流传热简化为图2中R2内的一位稳态导热。根据稳态传热的性质可知在传热过程中总传热量在各层是不变的。传热量：Q一(7)式中：￡。．。和￡以分别为船体外壳和货舱内壁的温度5R为传热热阻。热阻：R：拿(8)A式中：艿和J：【分别为材料厚度的热