液化天然气（LNG）作为一种清洁、高效的能源,在能源利用的环保性和经济性等方面具有明显优势,我国LNG的进口量和需求量快速增长,建成的LNG接收站数量逐年增长。大型LNG储罐作为LNG接收站的核心设备,也是储存LNG的主要设备,研究大型LNG储罐对于LNG的运输储存具有重要意义。LNG储存在罐内时容易因老化或充注新LNG而出现蒸发、分层、翻滚等问题,严重影响LNG储罐的安全工作,因此LNG的安全储存成为天然气工业链中的重要课题。本文在查阅国内外相关文献的基础上,对LNG储运过程中的分层与翻滚现象及其机理进行分析,建立LNG分层与翻滚的数学模型,借助Fluent软件对LNG分层与翻滚模型进行求解,分析模拟结果得到LNG分层翻滚的四个阶段:罐壁处翻滚阶段、分界面翻滚传递阶段、翻滚平复阶段和新分层形成阶段。利用LNG分层与翻滚模型对影响LNG分层与翻滚过程的不同因素进行分析。对不同工况下的大型LNG储罐翻滚过程进行数值模拟研究,得到不同分层数目、分层高度和分层密度差等因素对大型LNG储罐翻滚密度场速度场的影响,对比LNG翻滚的发生时间、剧烈程度和持续时间,得出同直径、同密度差下三分层的LNG翻滚发生时间要早,持续时间更长,翻滚更剧烈;分层高度越大的LNG翻滚发生越晚越剧烈;密度差越大的LNG翻滚发生时间越早越剧烈,持续时间越长。建立16×10~4m~3大型LNG储罐三维充注模型,改进以往的上下两注入口充注方式采用分层同时充注的方法,应用动网格技术模拟大型LNG储罐充注过程中罐内LNG的混合分层过程,研究不同温度不同比重的LNG充注时高度、密度差、偏转角和充注方式等因素对于LNG分层的影响。结果表明:低温重流体充注应选择上部充注或分层注口同时充注;高温轻流体应在底层充注,充注口越低混合效果越佳;当偏转角为15-20°分层同时充注时罐内LNG可完成自动循环与混合,充注结束后罐内LNG密度差最小。