LNG船舶发生碰撞事故,造成液货舱破裂,可能导致LNG泄漏。根据LNG船舶发生事故产生裂口位置不同,发生泄漏可以分为水面泄漏和水下泄漏。本论文使用液氮代替LNG进行水下泄漏实验。设计搭建了低温液体水下泄漏成冰实验系统。使用该平台系统可以进行不同泄漏孔径、泄漏压力、旋转流场和添加成核剂状态下的液氮水下泄漏成冰实验,并可对水下现象和水域温度变化进行监测。基于射流基本理论和射流不稳定性理论分析了液氮水下泄漏成冰现象。定义了液氮成冰“封堵”的概念,对液氮水下泄漏成冰封堵的时间进行了统计。将液氮水下泄漏射流区分为:冰层段、初始段、主体段、上浮段4个部分。分析了不同孔径和压力下液氮水下泄漏成冰现象,并对泄漏孔处结冰厚度和冰层破碎位置进行了统计。对比分析了低温液柱生存距离的变化,得出了在孔径1mm和2mm时,泄漏孔孔径相对较小,其压力变化对低温液体生存距离的影响大于孔径的影响;在孔径3mm时,泄漏孔径相对较大,其孔径的大小对低温液柱生存距离的影响大于压力的变化。对比了添加成核剂和无成核剂下的低温液体生存距离、封堵时间和水域温度变化,其实验结果表明添加成核剂后可以提高液氮水下泄漏成冰的概率。通过添加成核剂和全水域都为成核剂时水域温度曲线变化关系,得出了当泄漏压力较低(压力小于3.0bar)时,添加成核剂为泄漏孔附近的水供了异相成核点和成核剂流冲击造成液氮界面破碎,为泄漏孔处结冰概率提升主要原因;当泄漏压力较高(压力大于3.0bar)时,成核剂为水提供异相成核点,从而降低水过冷度,是结冰概率提升主要原因。进行了不同种类的螺旋桨,在不同转速和位置下的液氮水下泄漏实验和旋转流场进行模拟,得出了螺旋桨旋转下可以提高泄漏孔附近的结冰概率,其变化主要与螺旋桨转速有关。通过实验研究发现环境流场对低温液体水下泄漏过程影响很大,鉴于此,本研究使用FLUENT软件分别对旋转流场、水流速度和方向等环境流场进行模拟,分析影响结冰封堵的机理。通过使用FLUENT对旋转流场进行模拟,发现螺旋桨旋转下,压强的变化是导致液氮泄漏孔附近结冰概率提升的因素。通过对水流流动下的结冰过程进行模拟,分析了平行壁面水流和垂直壁面水流对冰层厚度的影响,得出平行水平壁面方向的水流对壁面结冰冰层厚度的影响大于垂直于壁面方向水流影响;在添加成核剂的实验中,成核剂流对液氮流冲击,造成液氮流界面不稳定性,为添加成核剂流促进了区域水结冰的关键因素。此外,使用FLUENT软件对低温液体水下泄漏多相流流型分布情况进行模拟,通过与实验中结果的对比,验证了该模型的准确性和可靠性。