近年来,世界对清洁能源的需求呈现强劲增长的趋势,液化天然气(LNG)相对于其他基础能源具有环保高效的特点,但是世界范围内其需求地和供应地的分布不均匀,因此需要进行运输。采用LNG船舶运输是长距离运输最经济的方式。在LNG液舱在加装运输过程中的安全问题尤为重要,为了规避LNG进入液舱时与含氧气体混合引起爆炸和冰堵等潜在风险,需要将液舱内氧气平均体积分数降低到2%以下。现阶段,关于LNG液舱气体惰化作业过程的研究较多集中于上进下出或者下进上出进气方式,其惰化效率不高,特别是由于直流进气方式扩张角小,对于大容积储罐惰化通常采用较小进气速度;另外现有的惰化方式还存在较大区域的惰化死角,惰化非常困难。因此,本文针对中小型LNG船C型独立液货罐气体惰化过程进行特性分析,优化惰化过程,提高工程惰化作业的经济性。论文的主要内容有以下几个方面:一、以中小型LNG船C型独立液货罐原型为对象进行简化后,建立缩尺比模型,利用数值模拟分析处理软件,根据质量守恒和动量守恒等微分方程组建立惰性气体惰化LNG液舱的数值模拟模型,同时对所建立的模型进行验证其准确性和科学性。二、改变以上进下出或者下进上出的进气方式,针对LNG船舶C型独立式液舱惰化提出了侧向的进气方式,并设计了直流射流、旋转射流和混合射流三种不同的进气结构,通过对比模拟计算和后处理,结合气体对流扩散机理,分析不同进气结构对惰化过程的影响,得出旋转射流进气结构优于其他两种结构。(1)对直流射流、旋转射流和混合射流三种进气结构进行模拟后进行机理分析,得到三种射流中旋转射流的推移式惰化效果最好。(2)通过对三种进气结构模拟结果的氧气体积分数曲线进行机理分析,以曲线拐点为转折点分段后得出:初始阶段,三种工况的变化区别不大;中期阶段,直流射流下氮气径直进入储罐,进气扩张角很小,留下惰化死角,减慢了惰化过程的推进,而旋转射流和混合射流的氧气体积分数下降较快,基本呈现推移式惰化;后期阶段,旋转射流氧气体积分数降低更快,推移式惰化效果最好,大大减少氮气消耗,节约时间。(3)缩尺比模型中,旋转射流优于直流射流与混合射流,具有更好的经济性。旋转射流与直流射流方案相比可减少40.4%的氮气量,最多可缩短40.4%的惰化时间;与混合射流方案相比最多可减少26.1%的耗氮量。对于混合射流,与直流射流方案相比可节省19.4%的氮气量和惰化时间。三、通过对LNG液舱三种不同惰化方式的数值模拟后进行机理分析比较得出旋转射流的优越性后在此基础上根据旋流强度等对旋转射流惰化方式进行进一步的优化,并提出优化方案。最后根据优化结果对实际工程(原尺寸液舱)的方案进行模拟分析,得到旋转射流可以比直流射流节约36.3%的氮气量和时间,相对于混合射流可以节约43.2%的氮气量和时间。对实际工程作业有很大的指导意义。