VirtualFlow | LNG运输船液舱晃荡及安全仿真
LNG运输船液舱晃荡
液舱晃荡常用的数值方法包括：基于欧拉法的VOF法和Level Set法、基于拉格朗日方法的无网格法SPH与MPS，以及欧拉-拉格朗日相结合的ALE方法。
通用计算流体仿真软件VirtualFlow在算法上对Level Set方法进行优化，通过质量重新初始化方法对质量守恒进行修正，在捕捉液舱晃荡具有明显自由表面的界面流方面，具有独特优势。
选取马德里理工大学所做的SPHERIC晃荡标模实验（如图2，可参阅文末参考文献），与VirtualFlow软件液舱晃荡仿真结果进行对比。
容器整体环境温度为19℃，气相保持为一个大气压；
液舱长900 mm，高508 mm。液位高度为液舱高度的0.18，即93 mm，雷诺数为Re = 97546；
初始时刻，液舱处于水平静止状态，晃荡过程液舱绕底部中心做正弦摇摆，振幅为4°，振荡周期T = 1.6295s。
液舱绕原点做正弦摆动，晃荡过程中会出现自由面翻卷、破碎和融合，为有效捕捉界面流动现象，采用VirtualFlow软件IST/BMR网格技术将自由面可能到达的区域进行了网格细化，如图3所示。液面变化采用Level Set方法来捕捉。
针对液舱运动，VirtualFlow软件独特的浸入表面网格技术（IST）可将几何表面嵌入到笛卡尔网格中，同时，几何模型的运动可通过在静止的计算域网格内定义浸入几何的运动轨迹来实现，网格不需随固体几何运动，因此不需要使用动网格即可定义液舱的运动轨迹。
在求解时，固体的外边界由符号距离函数Ф = 0来表示，Ф < 0为流场，Ф > 0为固体内部，固体拥有自己的热物理性质。当固体与液体耦合运动时，随着固体的移动，距离函数也会不断的修正。
将VirtualFlow液舱晃荡计算结果与晃荡标模实验进行对比，如图4，液舱从静止开始晃荡，液舱内液体会随着液舱一起晃荡，此时液体运动强非线性现象特别突出。
VirtualFlow计算得到的液面变形与实验观察到的液面变形非常相近，图6给出了不同时刻液面的典型形状对比图。
t=1.154s
t=2.885s
t=3.385s
t=3.884s
t=4.269s
液舱在左右晃荡时，速度、压强等各个物理量都会出现周期性的变化，图6为液舱底部中点处液体的横向速度（黑色曲线）和纵向速度（红色曲线）随时间的变化，可以看到在该点处，横向速度远大于纵向速度，且横向速度的晃荡周期几乎是纵向速度的一半。
LNG运输船安全加热仿真
液化天然气温度极低，沸点是-162℃，LNG运输船要长时间维持-163℃的低温。船上的金属管道和连接件容易被低温损伤，导致天然气泄漏或蒸发。液化天然气易挥发、易燃易爆，少量泄漏时会很快扩散到大气中，不会有爆炸危险。但大量泄露时会与空气混合形成可燃性气云，浓度达到5-15%，遇点火源（最小点火能量为0.28mJ）就会发生闪火和蒸汽云爆炸等可怕事故。
基于VirtualFlow软件，针对法国GTT公司薄膜型液货舱，采用多尺度模拟方法计算模拟发生泄漏事故时隔热层在不同加热场景下的响应，进而研究并建立事故工况下的安全蒸发程序。
多尺度模拟方法采用三维CFD详细研究了低温液体通过窄缝和隔热层多孔介质时的压力损失，将其作为隔热层整体蒸发传热二维分析的边界条件，从而计算得到不同加热条件时的舱内气液分布、蒸发率等流动热特性，最终指导建立了0维的事故工况安全蒸发程序。
低温介质通过窄缝及多孔介质的压降
采用VirtualFlow软件进行液舱晃荡计算，液舱运动及流体晃荡更加接近真实物理现象，Level Set方法可以有效捕捉自由液面的波形。此外，基于VirtualFlow软件，可进行气体蒸发建模和模拟，计算泄漏事故时隔热层在不同加热场景下的响应，进而研究并建立事故工况下的安全蒸发程序，有助于具有LNG运输船安全及结构优化设计分析。
SOUTO-IGLESIAS A，BOTIA-VEＲA E，MAＲTIN A，et al． ASet of Canonical Problems in Sloshing．Part 0: Experimental Setup andData Processing［J］．Ocean Engineering，2011，38( 16) : 1823-1830
文章来源多相流在线
