[发明专利]用于液态甲烷自生增压输送系统的仿真方法

权利要求书

1.一种用于液态甲烷自生增压输送系统的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用前处理软件ICEM建立甲烷贮箱模型并进行网格划分，得到甲烷贮箱模型的msh网格文件；

利用fluent软件对甲烷贮箱模型的msh网格文件进行自生增压输送系统仿真，以获得气枕温度、气枕压力和贮箱内流场。

2.根据权利要求1所述的用于液态甲烷自生增压输送系统的仿真方法，其特征在于，还包括对甲烷贮箱进行简化的步骤，甲烷贮箱简化后的结构包括两内外壁面均光滑的半椭球体和内外壁面均光滑的圆柱体；一所述半椭球体设置在所述圆柱体的一端，另一所述半椭球体设置在所述圆柱体的另一端。

3.根据权利要求1或2所述的用于液态甲烷自生增压输送系统的仿真方法，其特征在于，所述利用fluent软件对甲烷贮箱模型进行自生增压输送系统仿真的过程为：

获取甲烷贮箱模型的msh网格文件；

根据甲烷贮箱模型的尺寸设定网格单位；

选取模拟甲烷贮箱自生增压的模型；

构建模拟甲烷贮箱自生增压的模型中的自定义函数，所述自定义函数用于计算模拟甲烷贮箱自生增压的模型中的质量流量；

设置预设温度下的液态/气态甲烷材料属性、贮箱固体壁面的材料属性，以及甲烷的物性参数；

对两相分别进行设置，设置第一相为液态甲烷，第二相为气态甲烷；

对甲烷贮箱设置边界条件，所述边界条件包括贮箱入口的边界条件、贮箱出口的边界条件以及贮箱固体壁面的边界条件；

选择求解算法；

依据甲烷贮箱入口边界初始化计算区域，分别设置计算区域内的液态甲烷的初始温度和初始压力以及气态甲烷初始的温度和初始压力；

采用求解算法对模拟甲烷贮箱自生增压的模型进行计算，得到气枕温度、气枕压力和贮箱内流场。

4.根据权利要求3所述的用于液态甲烷自生增压输送系统的仿真方法，其特征在于，所述模拟甲烷贮箱自生增压的模型包括多相流VOF模型、Realizablek-epsilon模型和CSF模型；

所述多相流VOF模型用于计算多相流自由界面；所述Realizablek-epsilon模型用于模拟湍流运动；所述CSF模型用于模拟气液两相流。

5.根据权利要求4所述的用于液态甲烷自生增压输送系统的仿真方法，其特征在于，所述模拟甲烷贮箱自生增压的模型采用的流体动量方程为：

式(1)中，ρ表示密度，表示速度，p表示静压，表示应力张量，表示加速度，表示外部体积力，表示梯度计算符号；

p、均为未知参数，需要通过初始值与VOF中液相体积分数的连续性方程以及CSF模型中甲烷气液两相界面两侧的压力差方程求解；ρ、为已知参数。

6.根据权利要求5所述的用于液态甲烷自生增压输送系统的仿真方法，其特征在于，所述VOF中液相体积分数的连续性方程为：

式(2)中，α_l表示液态甲烷的体积分数，ρ_l表示液态甲烷的密度，表示液态甲烷的速度，表示液态甲烷的源项，表示质量流量，表示甲烷由气态转变成液态的质量流量，表示甲烷由液态转变成气态的质量流量。和ρ_l均为已知参数。

7.根据权利要求6所述的用于液态甲烷自生增压输送系统的仿真方法，其特征在于，所述VOF中液相体积分数的连续性方程中液态甲烷的源项中的动量源项F_vol为：

式(4)中，k_i表示液相相界面的曲率，对于两相流动，k_i＝R₁＝R₂，R₁和R₂分别表示甲烷气液两相界面的双向曲率半径；表示体积加权密度；σ表示表面张力系数，ρ_v表示气态甲烷的密度。