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半潜式平台发电机排气系统烟气扩散数值仿真研究

作　者: 周书敏
导　师: 唐文勇
学　校: 上海交通大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 半潜式平台计算流体动力学烟气扩散扩散模式水幕喷淋
分类号: U674.381
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

深海油气的开发越来越成为海洋开发的热点,适应这一发展趋势的半潜式平台得到了广泛的应用。主发电机组是半潜式钻井平台的主要动力生产设施。若排气方案设置不当,半潜式平台发电机排出的高温烟气有可能扩散至船员起居或工作场所,影响正常作业和船员的健康与安全。因此,有效预测和控制烟气的扩散情况对于保证平台的安全作业有重大的意义。本文针对开放空间内高温气体射流问题的特殊性,采用敏感性分析的方法处理半潜式平台排气系统烟气扩散分析的数值模型范围与边界条件设定,介绍了分析中所涉及的基本控制方程、湍流模型、组分输运模型和浮力驱动对流模型等物理模型,以及求解上述物理模型的所采用的数值方法。采用计算流体动力学方法模拟了多种不同风速条件下平台烟气扩散及温度分布情况,通过数值仿真结果,归纳总结了不同风速条件下烟气呈现出的四种典型扩散模式和温度分布规律。在特定风速下,进气口与月池处将出现高温危险情况,对提出的三种降温方案水幕喷淋降温、延伸甲板阻隔降温和改变排气位置进行可行性研究,为实际工程提供参考。在水幕喷淋降温的模拟中,基于欧拉-拉格朗日方法考虑离散相与连续相的相互作用,采用离散相模型描述液滴在烟气中的运动轨迹。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-13
第一章绪论  13-19
  1.1 课题背景  13-15
  1.2 研究现状  15-18
    1.2.1 射流研究进展  15-16
    1.2.2 气体扩散的研究进展  16-18
  1.3 主要研究内容  18-19
第二章气体扩散运动的数值分析方法  19-36
  2.1 气体扩散的特点  19-21
  2.2 计算流体动力学  21-26
    2.2.1 计算流体动力学简介  21-22
    2.2.2 计算流体动力学的地位和特点  22-23
    2.2.3 计算步骤  23-24
    2.2.4 FLUENT 软件简介  24-26
  2.3 气体扩散模拟的数学模型  26-30
    2.3.1 基本控制方程  26-28
    2.3.2 状态方程  28
    2.3.3 组分质量守恒方程  28
    2.3.4 湍流方程及湍流模型方程  28-30
  2.4 气体扩散模拟的数值方法  30-36
    2.4.1 控制方程的离散方法  30-32
    2.4.2 控制方程的离散格式  32-33
    2.4.3 离散方程的求解  33-36
第三章半潜式平台发电机烟气扩散的数值仿真  36-49
  3.1 概述  36-38
  3.2 几何模型  38-42
    3.2.1 坐标定义与模型范围  38-41
    3.2.2 边界条件  41-42
  3.3 数学模型  42-44
    3.3.1 基本假设  42
    3.3.2 基本控制方程  42
    3.3.3 湍流模型  42-43
    3.3.4 组元输运模型  43
    3.3.5 浮力驱动对流模型  43-44
  3.4 求解方式  44
    3.4.1 离散格式  44
    3.4.2 求解方法  44
  3.5 数值仿真结果分析  44-49
第四章降温方案可行性研究  49-66
  4.1 水幕喷淋降温  49-60
    4.1.1 喷淋降温的研究进展  49-50
    4.1.2 液体喷淋的CFD 模拟  50-52
    4.1.3 数值仿真结果分析  52-60
  4.2 延伸甲板阻隔降温  60-62
  4.3 改变排气位置  62-66
第五章总结与展望  66-68
  5.1 本文研究工作总结  66
  5.2 研究工作展望  66-68
参考文献  68-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间发表或录用的论文  74

半潜式平台发电机排气系统烟气扩散数值仿真研究

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