液化天然气储运过程中,会发生一种称为“翻滚”的非稳性现象。翻滚是由于向已装有LNG的低温储罐中充注新的LNG液体,或由于LNG中氮优先蒸发而使储罐内的液体发生分层。分层后的各层液体在储罐周壁漏热的加热下,形成各自独立的自然对流循环。该循环使各层液体的密度不断发生变化,当相邻两层液体的密度近似相等时,两个液层就会发生强烈混合,从而引起储罐内过热的液化天然气大量蒸发引起事故。LNG储罐内分层后的主流区作为一个耗散系统,在外部热源加热下,浮升力和粘性力相互作用,系统内的对流换热呈现典型的非线性动力学特性。本文首先通过求解流体力学基本方程组,模拟了储罐内LNG二维情况下的Rayleigh-Benard对流。通过对不同瑞利数的计算看出,当温差超过临界温差后,系统传热方式由热传导变为热对流,系统内部出现Benard花纹,每个Benard花纹在空间上表现出自相似的特性。在二维情况下,随着瑞利数的增大,系统出现不同个数的稳定对流滚动圈。LNG的Pr较小,只有在适当的条件下才能出现混沌解,因此RB对流的理论可以用于解释LNG储罐主流区的翻滚现象。其次,本文使用FLUENT中的二维非稳态VOF模型模拟了LNG储罐的翻滚过程和汽液界面的传质、传热过程,并给出了翻滚高峰时的最大质量流率,根据模拟结果讨论了LNG分层和翻滚的四阶段模型。最后为了有效减少储运失稳事故,文末对制作罐壁的低温钢板和外加保温层提出了一些指导性建议,并为预防和消除翻滚现象给出了相关建议,为下一步研究提供了一定的理论基础和经验。