液化天然气储罐泄漏事故时有发生,已造成了巨大的经济损失和人员伤亡。虽然前人做了大量相关研究工作,但至今仍是学术界的研究热点。本文通过数值模拟的方法研究LNG储罐液相泄漏扩散过程,探讨了LNG液池和气云的演变过程和特性。主要工作和结论如下:(1)建立了描述LNG储罐液相泄漏扩散过程的三维数值模型,采用Realizable k-ε湍流模型和混合模型,通过用户自编程序(UDF)编译了质量源模型和能量源模型,对液相喷射、液池扩展、传热汽化和气云扩散等物理过程进行了三维数值模拟。(2)研究了LNG储罐液相泄漏扩散过程中液池扩展与汽化的规律。液池尺寸和平均汽化速率受泄漏速率的影响。泄漏速率较大时,液池沿喷射方向的尺寸大于垂直方向尺寸,平均汽化速率随着泄漏时间的增大先增大后减小。泄漏速率较小时,液池沿喷射方向的尺寸小于垂直方向尺寸,平均汽化速率随着泄漏时间的增大而增大。风速影响液池扩展与汽化,随着风速的增加,汽化速率提高,液池半径减小。(3)分析了LNG储罐液相泄漏扩散时气云扩散的演变进程和流体力学行为,获得了冻伤温度分布和消防安全距离的变化规律。LNG气云扩散状态从重气扩散过渡到自由扩散。由于储罐的圆柱绕流作用,储罐背风侧垂直方向形成回流风场,导致气云沿储罐侧壁堆积并向上爬升,增加了燃烧爆炸的危险性。随着时间的增加,冻伤温度范围增大,需要的消防安全距离也增大。(4)开展了风速、障碍物、地形和泄漏速率对LNG气云扩散过程的影响规律研究。当风速较低时,大气流动对气云的输送作用占主导地位;当风速较高时,大气流动对气云的稀释作用占主导地位。障碍物背风面气云聚集、形成一个高浓度区域且不易扩散,障碍物的阻挡作用使危险区域减小。上下坡地形会产生漩涡,增强大气湍流程度,气云温度升高、冻伤范围减小。泄漏速率越大,危害浓度(2.5%浓度及以上)气云的持续时间越久,造成的潜在危害越大。(5)讨论了水幕阻挡稀释LNG气云扩散的作用机理,分析了水幕压力、水幕总流量和水幕动量比对稀释效率的影响。水幕的多孔效应阻挡气云沿水平方向扩散,水幕向下喷射形成的漩涡,对泄漏源与水幕之间的气云具有抬升作用,同时水幕夹带环境空气与气云混合,达到稀释气云的效果。当水幕动量和气云动量的比值为5时,水幕稀释效率最优,既能够消除储罐处积聚的气云,又能使水幕消耗量较小。