世界人口及经济的增长增加了世界对能源的需求。天然气不仅供应丰富、热值较高,而且价格较低、绿色环保,因此,中国的天然气消费量在过去的十年中大幅上涨,中国建造LNG船的艘数和规模也在迅速扩大。LNG低温储罐干燥与置换是LNG船液货舱在投产前的一个关键环节,就是为了防止LNG首次进入储罐时与空气混合引起爆炸。较大的进气速率和较高的进气温度会增强氮气与舱内空气的对流扩散效应,造成氮气浪费;较小的进气速度会延长置换时间,而较低的进气温度又会造成冷能的浪费。所以,全面深入的研究气体置换过程中的对流扩散规律,了解气体浓度场分布特征以及不同进气阶段对流扩散方式对于准确地控制气体的置换,降低生产成本和投资具有重要意义。本文主要通过对LNG船液舱惰化过程中流场的仿真与动力学特性研究,确定不同惰化方案在不同时间段气体对流扩散的主要影响因素,最终根据探究得到的影响机制提出优化方案并进行实验验证。论文的具体研究内容如下:一、以LNG船液舱为原型,研究对象是低温氮气与常温空气,根据质量守恒、能量守恒和动量守恒等微分方程组建立计算模型,应用数值模拟建立三维全尺度数值模型。二、基于选定的数值模型,利用飞机燃油箱的实验数据验证数值模拟方法的准确性与可靠性。在此基础上,利用Froude数,研究流场动力学特性。结合各监测面对流项与扩散项变化率,分阶段描述液舱内气体运移现象。三、通过设置参照组并仿真计算,探究不同进气速率与温度对置换效率的影响规律。在此基础上提出优化方案,并进行验证。本文针为LNG船液舱置换过程中不同区域气体运移分阶段进行分析,研究置换过程中空气与氮气的混合机理,对LNG船惰化安全作业和污染控制具有指导意义。