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LNG液货舱在正式装载货物LNG前需要进行预冷操作缓慢降温。这是由于LNG是低于-162~oC的超低温液货,为了结构安全考虑,不能在液货舱处于常温的状态下直接装载,否则将引起安全问题。本文从LNG液货舱预冷过程中所受局部温度应力的角度为液货舱设计预冷方案,主要研究的对象是独立C型LNG液货舱。采用有限元软件Ansys实现液货舱热应力耦合分析。首先建立液货舱热分析模型模拟液货舱预冷过程中各个时刻的温度场分布。然后将这个过程中各个时刻的温度场结果提取出来,转化为温度体载荷施加到液货舱热应力分析模型上,求解预冷过程中各个时刻液货舱的温度应力分布,并以规范中对液货舱应力的要求为判断依据,监控液货舱在预冷过程中各个时刻的温度应力是否在安全范围内。在液货舱热分析部分中必须建立货舱内的气体域模型,模拟舱内流动气体将喷淋点处的低温传递到舱壁其他位置的过程。这时需要对这部分气体域模型施加合适的传热系数。由于这部分牵涉到流动传热及相变等过程,这在Ansys中难以模拟,目前又没有合适的经验公式可以参考,因此采用Fluent软件对液货舱内气体域在预冷中的流动传热过程进行模拟。提取货舱在预冷过程中不同阶段舱内热流量随液货舱平均温度的变化值并根据传热学原理折算成等效传热系数用于有限元气体域的热分析中。按照上述过程对设计的喷淋方案计算不同预冷时刻下的热应力,可以分析液货舱在预冷阶段中的温度及热应力变化规律。最终发现液货舱在预冷过程中前期降温速率远快于后期。且液货舱在预冷初期结构的热应力最大。随着LNG喷淋的持续进行货舱内低温区域逐渐扩散,局部低温引起的热应力会逐渐减小。对于液货舱的喷淋方案设计,喷淋面积的选取非常重要。若喷淋面积选取过小,则需要布置的喷淋点个数过多,使喷淋管系布置变得复杂,还会限制预冷介质流量,降低液货舱的预冷速度;而喷淋面积设计过大又会使结构所受局部温度应力过大。故而需要以结构可承受最大喷淋面积为依据设计喷淋方案,才能保证在结构强度允许范围内最快的喷淋效率,提高喷淋管方案设计的合理性。因而在液货舱设计喷淋孔布置方案前需要先计算液货舱的最大局部喷淋面积。然后以最大局部喷淋面积为依据设计初始喷淋方案。在初始喷淋方案基础上通过逐步加密喷淋点对喷淋孔布置进行优化设计。由于喷淋点分布越多液货舱的预冷时间越少,当喷淋点施加足够密集,而热应力又满足要求时,将该喷淋方案下计算的预冷时间作为本次设计中液货舱可以达到的最快预冷时间,并利用传热学原理计算这些喷淋方案下LNG的质量流量,从而为液货舱的实际预冷操作提供参考依据。本文按照以上流程为不同舱容的液货舱做了预冷方案设计及优化,为各种舱容的LNG液货舱预冷操作提供参考方案。并对各个舱容的液货舱可以承受的最大喷淋面积进行计算,为预冷操作中预冷介质的喷淋面积控制提供参考。