船舶机舱气流组织数值研究模拟

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1、船舶机舱气流组织数值研究模拟　　摘要:船舶机舱作为基本模型，以利用计算流体力学的理论和方法，应用商用软件Fluent模拟不同气流组织下机舱内温度场和速度场的分布情况，建立了针对船舶机舱内气流组织的综合评价结构，利用此结构对数值模拟结果进行了分析和比较，得到适合船舶机舱空间低矮条件的气流组织形式，为船舶机舱通风设计及优化提供了参考和依据。气流组织对舱室内的空气环境、空气品质有着重要影响，合理的气流组织可以有效的改善机舱内的空气品质，从而减少污染物浓度，来保证舱内工作人员具有良好的工作状态和工作效率。而且风机开度与舱内

2、温度密切相关，即根据舱内不同温度要求合理选择开度可节省资源，模拟结果证明CFD技术有利于机舱通风设计,且为通风系统的改进提供了有力工具。关键词:改善;模拟；气流组织;分析;比较;中图分类号：F407.474文献标识码：A1机舱物理模型机舱内设备及管线众多，结构复杂，建立模型时必须进行简化来使模型适合数值模拟计算，模型简化的基本原则是:对空间气流场产生作用较小且温度影响不大的设备管线进行移除;5对结构形状复杂，简化后对模拟结果影响较小的设备规则化;对厚度边界做无厚度壁面处理;忽略风管，在风口段用立方体代替，底面为风口

3、;抽风围阱对流场影响小，以风口面代替等;该船舶机舱模型空间大小为:长21m，宽13m，高10m，主要设备有汽轮机、锅炉、涡轮增压机组、高温除氧器、等离子过滤器、部分烟气管道等；该舱底层为铺板层，沿高度方向分别为第1、2格栅层，顶部为甲板层，风口均布置在第1、2格栅层下方，为防止送风直吹发热表面，造成较大热应力，风口均采用矩形风口，风向垂直向下，尺寸大小为0.4m×0.2m的风口55个，尺寸0.4m×0.28m的风口4个(侧45°方向增加局部绕流)。机舱简化后几何模型如图1所示。图1机舱几何模型2流体数学模型及边界条

4、件2.1流体数学模型CFD技术经过长时间的发展，在计算流体流动传热传质方面已经非常成熟，本文通过Fluent软件CFD技术模拟机舱内气流组织分布，机舱内通风为湍流对流换热问题，本文选用图1模型，为获得较好的模拟结果，提高模拟效率，对模拟进行如下假设和简化:1)机舱内流体为不可压流体，密度符合假设;2)舱内流体流动及传热视为稳态过程;3)各壁面的辐射传热不计;52.2边界条件设置利用开局让棋法进行几何建模及划分网格，因机舱内结构复杂，模型网格采用非结构化网格，对风口及重要发热面进行局部加密，网格数量为88万.舱内通风

5、是采用典型的置换通风与自然通风相结合的形式，边界条件设置如下:1)送、回风口边界条件:送风及机械抽风口为速度入口边界，送风方向与出风口面垂直；2)自然排风口边界条件:通风时保证舱内正压，因此自然排风口采用压力出口边界；3)固体壁面边界条件:舱内发热固体壁面采用定热流密度，壁面厚度为0.3设计方案及模拟结果分析3.1设计方案机舱内送风口位置相对固定，采用下送上回的通风方式，回风进入抽风围阱后通过管道与各风机相通；本文设计锅炉燃烧空气量占总送风量50%左右，从舱内吸入会造成内部各区域气流压力梯度过大，因此采用独立系统从

6、外界抽进燃烧空气。根据《ISO8861-1998造船--柴油机船舶机舱通风设计要求和计算基准》进行热负荷及通风量估算，得到该通风系统排除舱内余热所需风量为160000m3/h，舱内设计温度54℃，送风温度39℃，风机开度5100%时，送风口的设置送风速度为9.4m/s，考虑到送风量对气流组织及舱内温度的影响，设定送风开度来进行分析，分别为100%，85%，70%.机舱环境的优化可通过改变送抽风口位置形状、面积及送风量等来实现，为获得最佳气流组织形式，该舱通过增大抽风围阱及隔屏来增加舱内空气扰流，防止大漩涡及通风死角

7、，理论上，机械抽风口分布越多，抽风围阱尺寸越大，会有效改善舱内气流组织，但是机舱内空间狭小，因风口而增加的风管会减少舱内可用空间;且过多地增加隔屏会给工作人员管理维护带来不便，经过分析给定4种调整方案来进行研究，见表13.2模拟结果分析3.2.1气流组织分析计算收敛后，选取典型截面进行分析，由图1可以看出，两锅炉间至主机右侧面区域散热面积最大，流场也最复杂，因此截取y=﹣0.5m面进行气流组织分析，y=﹣0.5m截面如图2所示.在假定机舱送风口位置固定情况下，要消除漩涡和通风死角，一般采用下列方法:一是设置障碍物，

8、障碍物对室内气流组织有显著影响;二是布置空气射流通风系统，由于气流至底层后从下至上流动，障碍物迎风面不存在滞留区，同时考虑经济成本问题，对主机右侧安装隔屏作为障碍物来消除此漩涡，隔屏位置如图2所示”54结语模拟结果表明，利用CFD技术对机舱气流组织进行模拟分析是一种高效简洁的方法，获得的结果是可信的，且通过模拟分析可知:1)合理的布置机械抽风口能有效地改进舱