摘 要

随着我国经济的复苏和飞速发展，高速公路的建设需求不断加大，我国对沥青的需求特别是道路沥青的需求也不断增加，而沥青最主要的运输方式来自于沥青船，所以也对沥青船的发展产生了很大的促进作用。而因为沥青在运输过程中要求对其加热使其温度保持在一个适宜的范围，通常要对沥青进行加热和保温工作。本文主要研究的是沥青船在运输过程中，沥青在加热过程中的温度场变化情况。本文采用CFD的方法，针对黄埔文冲船厂17000t沥青船，利用CATIA等软件进行建模后再划分网格最后利用计算流体力学软件FLUENT对沥青加热过程的流场进行了数值模拟，得到了沥青在加热过程的温度场分布图。

文中主要研究了加热盘管的不同位置对沥青加热过程的影响，通过对不同加热盘管位置下的温度云图和体平均温度的分析得出加热过程的规律以及得出加热效果比较好的加热盘管位置，以便可以降低运输成本。

关键词：沥青；沥青船；加热；FLUENT；温度场

Abstract

With the rapid development of China's economy, especially the demand of highways is increasing, China's demand for asphalt especially the road asphalt is also increasing, and asphalt ships are the main means of transport.so the development of asphalt ship also is very fast. And because the asphalt in the transport process requires its heating to keep its temperature in a suitable range, usually need heating and insulation work for asphalt. This paper mainly studies the change of the temperature field of the asphalt during the heating process. transportation. This paper uses the CFD method, in view of the 17000t asphalt ship of Huangpu Wenchong Shipyard, After modeling with CATIA and other software, the flow field of the asphalt heating process was numerically simulated by using the computational fluid dynamics software fluent .The writer makes use of CFD Software FLUENT to put up numerical simulation of asphalt's flow field simulation distribution during the course of asphalt’s heating, The temperature field distribution of the asphalt during the heating process is obtained.

In this paper, the influence of the different positions of the heating coil on the asphalt heating process is studied. According to the analysis of the temperature chart and the average temperature under different position of the heating coil we can find the best position of heating coil so that can reduced the cost during the voyage.

Key Words：asphalt; asphalt ship; heating ; FLUENT; flow field simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 FLUENT软件的简单介绍 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 方法 4

第2章 热油系统 5

2.1 热油系统载热体介绍 5

2.2 热油系统热源类型 5

2.3 热油系统的分类 7

2.4 热油系统工作原理 7

2.5 热油系统加热盘管计算 8

2.5.1热平衡计算 8

2.5.2管长计算 9

第3章 货油系统 10

3.1 液货舱的型式 10

3.2 沥青泵组选型 11

3.3 泵的扬程计算 12

第4章 模型与计算分析 14

4.1 CATIA建模 14

4.2 GAMBIT划分网格 14

4.3 FLUENT设置 15

4.4 控制方程 16

4.5 计算分析 17

第5章 结论 25

5.1 总结 25

5.2 展望 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

1.1 选题背景

沥青船是一种专门用来运送沥青类高温液货的船舶，它是一种比较特殊的船型,它所需要的技术含量比较高,制造起来比较困难。沥青船一般有整体式液货舱型和独立式液货舱型两种。因为独立式液货舱具有热量损失少并且不会对船体结构造成热应力问题等优点使得独立式液货舱在沥青运营商中越来越受到欢迎。

因为沥青船在泵送过程中需要使沥青温度保持在160℃左右甚至更高的温度，因此沥青船必须要有特定的加热系统和载货系统。因为国家经济的快速发展使得了沥青的需求量不断增加，从而也推动了沥青运输市场的发展，进一步带动了沥青船的发展。但是因为沥青船需要的技术要求比较高，而且建造起来比较困难，所以它并不像其他如集装箱船一样比较广泛。目前，世界上最大的沥青营运商是美国的柯氏航运有限公司，该公司拥有全球最大的专用沥青运输船队^[1]。在我国也已经开始有不少的公司已经拥或者正在建沥青船，有的甚至直接将散货船改装成沥青船。由此可见沥青船还是很有发展前景，对其的研究也是很有必要的。

沥青是一种比较复杂的混合物，它其中包括一些高分子的碳氢化合物以及含有硫、氮的衍生物。液态沥青在驳运和运送过程中,要通过加热使它保持一定的温度,从而保持适宜的粘度。保持的温度大约在160℃左右，相对的适宜粘度在100～200cst之间。当然不同种类的沥青对温度的要求也是不一样的。沥青有很多种像建筑沥青、道路沥青、防水防潮沥青等，其中占据主要地位就是道路沥青了，它的需求量也是最大的。

1.2 FLUENT软件的简单介绍

CFD一 Computational Fluid, Dynamics，是计算流体动力学的简称，用离散化的数值计算方法及电子计算机对流体无黏绕流和黏性流动进行数值模拟和分析^[2]。CFD通过建立数学模型和物理模型将流体流动的现象、过程以及规律都比较直观的展现出来，通过计算模拟整个过程从而得出相应的规律以及结果，还可以通过改变一些条件的设定从而模拟现实中的一些条件的改变，不需要人再通过实验去改变条件来得出结果，它极大地节省了成本，也很方便地为实验研究提供了更广泛的实验条件。这个软件的核心就是通过用有限个离散的点来取代一些连续的物理量的场，比如本文中就是利用FLUENT离散点来取代温度场，再通过基本方程求解来实时模拟温度场的变化，从而很直观的表现出温度场的变化规律，让我们可以很方便地分析从而得出结论。