船用柴油机冷却水CFD分析及沸腾传热研究

针对高强化发动机的热负荷问题,寻求适当的冷却水量、压力及合理的流场分布是柴油机冷却水腔设计的重要一环。本文以某船用柴油机气缸盖-气缸套冷却水腔为研究对象,通过冷却系统一维仿真得出边界条件,利用FLUENT软件对冷却水腔的冷却水流场进行数值模拟。通过对三维流场的分析,对水腔的压力损失、流场分布给出了恰当的评估并指出了流动优化的方向。为研究发动机冷却水腔内存在的过冷沸腾传热现象,借助于空泡份额(单位容积中气泡所占的百分比)的概念,提出和建立了一种基于单相流的沸腾传热计算方法。     

低噪声控制阀优化设计及试验验证

控制阀在舰船管路系统中运行时受流体激励产生振动噪声,抑制阀门节流口空化及降低阀内流动脉动是低噪声控制阀设计的关键。该文基于计算流体动力学方法,以某型分层迷宫式控制阀为对象,进行了低噪声的优化设计。优化设计方案采取了一系列有利于抑制空化、均匀流场并降低流动脉动措施,包括应用双层渐变开孔阀套、入流整流装置、阀芯吸振装置、出流导流装置等。优化设计方案的流动计算分析结果表明,优化设计方案有利于降低振动噪声源。通过对普通控制阀、分层迷宫式控制阀和新型低噪声控制阀台架试验对比结果表明,相同水力状态下新型低噪声控制阀水动力噪声、振动响应和空气噪声皆显著降低,优化设计方案得到了试验验证。     

舰船纳米流体冷却液在间冷器中的应用

为探究舰船纳米流体冷却液在燃气轮机间冷器中的流动换热情况,制备SiO2-乙二醇/水(50/50)船用间冷系统纳米流体冷却液,研究纳米流体中颗粒的粒径分布、温度和颗粒质量分数对导热系数的影响.在此基础上,以WR-21船用燃气轮机的间冷器系统为例,建立流动传热耦合计算模型,采用Fluent软件对流道内部的流场进行数值模拟.分析不同工况下纳米流体对间冷器平均对流换热系数、温度分布和沿程阻力的影响.结果 表明,温度升高,纳米流体的导热系数增大,当质量分数为15％、温度为80℃时,纳米流体的导热系数相对基液提高15.5％;提高纳米流体的质量分数,液侧平均对流换热系数随之增大,气侧温度分布更加均匀;在全工况下,液侧平均对流换热系数最大提高57.9％.纳米流体冷却液对改善高压压气机进口气流温度分布的均匀性具有重要意义.同时,需综合考虑纳米流体沿程阻力增加对间冷器性能的影响.     

船用离心泵改进的CFD方法研究

在工程实践的基础上,通过对振动测试数据的分析,提出了造成某船用离心泵振动偏大的可能原因。基于CFD数值模拟分析方法,对该泵进行改进设计。改进方案的CFD数值模拟分析结果表明,泵内流体流动比较均匀,在设计工况下的运行状态良好。改进后样机的水动力性能满足技术要求,振动水平大幅下降。     

6S50MC-C柴油机活塞头的优化设计

基于活塞头-活塞环-缸套组合结构稳态传热得出的温度场和热流分布,分析增加振荡冷却孔深度和倒圆角对强度的影响,得出活塞头的温度场和应力分布。原设计结构最高温度为448.4℃,最大热应力和耦合应力分别为694MPa和677MPa,最大应力小于材料的许用应力。随着冷却孔深度的增加,活塞头的最高温度、最大热应力和耦合应力都降低,增加冷却孔深度可以有效的降低最高温度和最大应力。倒角可以有效的降低应力集中,选取倒角5.5mm为优化设计方案。     

感应电机通风槽板优化设计研究与试验验证

以感应电机特定通风槽板的不同结构方案为研究对象,对其实际流动传热特性进行分析,建立了数值仿真模型,进行了流场与温度场的耦合仿真计算。依据仿真结果,对每一种通风槽板结构方案进行了优化设计。同时,对不同种类的通风槽板优化后方案的综合性能进行了比较分析与评价,并就其在电机冷却系统中的可实施性进行了分析;选取其中2种方案,进行了流动、冷却等方面的试验研究,通过对仿真结果与试验数据的对比分析,验证了电机通风槽板的优化设计方案的实际性能。     

对转式全回转舵桨的立柱优化分析

[目的]旨在研究立柱对对转式全回转舵桨敞水性能的影响。[方法]采用基于雷诺平均方法与k-ω湍流模型,对不同立柱型式的对转式全回转舵桨进行模型尺度和实尺度下的水动力性能预报,研究流场特性并监测后桨伴流,分析优化前后立柱尾部的流动分离现象。[结果]结果表明,立柱前缘削薄并整体前移的优化方案,使得整个舵桨的敞水推进效率提高1.01%;立柱采用扭曲设计且切面引入拱度的优化方案,使得敞水推进效率提高1.15%。另外,模型尺度的立柱尾部流动分离比实尺度的严重。[结论]研究表明,优化后的立柱可以改善立柱尾部的流动分离现象,提高后桨吸收前桨的尾涡能量,增加后桨流入量,对于提高对转式全回转舵桨的推进性能具有工程实用意义。     

电机定子蒸发冷却温度场研究

以某蒸发冷却电机定子温度场为研究对象，在采用相似理论得到定子铁心壁面蒸发冷却及齿根部对流冷却的传热系数后，运用有限元分析软件ANSYS对在冷却液浸泡状态下的定子温度场进行数值计算，得到了完整的定子铁心及绕组温度场分布规律。为电机设计及绝缘材料选取提供依据。     

改进遗传算法在驳船配载中的应用

驳船是大型海洋结构物下水作业的一种常用运输工具。驳船的配载主要是依据静力学平衡原理和船舶基本知识对船舶浮态的调节。为了在较短时间内完成配载作业,对遗传算法进行了改进,提出种群全部交叉和分布式动态惩罚函数法等改进机制,对驳船配载中的调载水量分布进行优化。计算结果表明,改进遗传算法的配载方案比基本配载方案时间更短、效率更高。运用本改进遗传算法对驳船配载进行方案优化,能够满足工程要求,缩短上驳作业时间。     

基于阻力性能的高速双体船水动力构型优化

船舶快速性是影响航运经济的关键因素之一,以某双体船为对象,设计一种阻力预报与优化方案并成功降低其阻力:运用数值模拟技术,结合Lackenby变形方法,改进船体型线,并进一步通过调整片体间距优化阻力性能。结果表明:优化后的船型具有良好的阻力性能,与原船型相比,在设计工况Fr=0.572下,剩余阻力系数可减少13%;片体间距优化后,船体总阻力进一步明显降低。基于以上结果,本文提出的预报方法及优化方案能够有效地用于高速双体船性能预报及优化设计,可以为相关研究提供技术支持。     

用激光多普勒测速仪测量发动机缸头冷却水流场

本文用激光多普勒测速仪测量发动机冷却水的流场,通过计算机绘制了缸头冷却水腔二维流场分布, 为寻求发动机气缸头冷却水合理的流场分布,避免出现流动死区,使发动机在一定的冷却水流量下保证气 缸头良好的冷却提供了基础。     

单片机控制的主机缸套冷却水自动控制系统的设计

将单片机应用于船舶主机缸套冷却水自动控制系统中,首先对温度测控系统进行了分析,根据系统所要实现的功能,进行硬件元器件的选择,采用施密斯补偿的数字控制器PID的方法,最终得出主机缸套冷却水自动控制系统方案。     

船用主机缸套水温度控制系统

该系统利用微机检测船用主机缸套冷却水进出机温度等参数,及时输出控制量给变频器,调节海水泵转速,使冷却水温度保持恒定。同时利用软硬件相结合的方法成功解决了船舶机舱中的干扰,特别是变频器的干扰。     

船舶主柴油机缸套冷却水出口温度的智能控制

利用传热学的有关理论,对船舶主柴油机缸套冷却水系统的传热机理进行了分析,给出了船舶主柴油机缸套冷却水系统的动态热力数学模型,并将基于神经网络的模糊PID控制引入到缸套冷却水出口温度控制系统中,以实现对对象进行在线控制.仿真结果表明,基于神经网络的模糊PID自适应控制比传统的PID控制的控制性能更好,而且前者具备适应控制环境变化的能力和自学习能力,当主机运行工况发生变化时,仍具有很好的控制性能.     

双燃料主机缸套水冷却系统优化设计

基于WinGD W6X72DF双燃料主机,对其主机缸套水冷却系统进行了优化设计,通过2个温控三通阀自动控制主机缸套水出口温度和造水机,经验证,优化后的主机缸套水冷却系统既能够保证主机缸套水出口温度的稳定,也能够充分利用主机缸套水的热量,增加船舶的造水量,减少主机缸套水冷却器的热负荷。通过对主机缸套水冷却系统的各个设备进行热力数学模型分析,建立独立的Simulink仿真子模块,按照系统的控制逻辑及运行顺序将子模块搭建成完整的仿真模型,并进行仿真模拟。仿真结果表明,2个温控三通阀的控制逻辑能够满足主机不同负荷及负荷变化的工况,系统设计实现了主机缸套水温度和造水机的自动控制。     

船舶柴油机变流量冷却系统的研究

本文从船舶柴油机燃烧室的散热计算出发，系统地分析了在不同的负荷和环境条件下气缸壁内表面温度的变化；研究了采用柴油机变流量冷却方式对缸壁表面温度的影响并进行了定量计算；分析讨论了变流量冷却对船舶柴油机其他特性的影响。     

舰用柴油机预混合等压燃烧的数值模拟及试验研究

运用CFD软件Star-cd对一台舰用高速大功率柴油机实现预混合近似等压燃烧进行了缸内喷雾及燃烧过程的模拟计算,主要考察了不同压缩比的燃烧室型线,以及喷油器喷孔参数对柴油机性能、缸内温度场、速度场和NO排放的分布的影响.经过多方案的计算分析,确定了高速大功率柴油机实现预混合近似等压燃烧的压缩比和喷孔参数,并能在提高柴油机性能的同时降低排放.通过对最优方案的台架试验,在直喷式柴油机上实现了预混合等压燃烧要求的放热率.     

低速柴油机变流量冷却方法的研究

根据低速柴油机的输出功率,采用变冷却水流量的方法对气缸套进行冷却可有效控制气缸壁内表面的温度,从而改善低速柴油机的工作性能.研究了实现变流量冷却的具体方法,并通过水力计算和实验对所提出的方法进行了验证.其结果表明:目前大多数低速柴油机缸套冷却水系统的设计违背了变流量冷却的宗旨;采用合适的节流装置以及合适特性的三通阀可实现变流量冷却;采用等百分比特性的三通阀和合适的节流装置是实现变流量冷却的较好方法.     

船舶主机缸套冷却水温度前馈-反馈控制的研究

根据传热学的相关理论,对船舶主机缸套冷却水系统的传热进行分析,给出了系统的热力动态数学模型.针对目前船舶主柴油机缸套冷却水系统惯性较大,缸套冷却水出口温度经常超调的特点,可以在现有的传统PID反馈控制的基础上,引入以船舶主柴油机输出功率作为反映缸套冷却水热负荷扰动的信号的前馈控制,以减小缸套冷却水出口温度的动态偏差,并利用MATLAB仿真进行了验证.结果表明,前馈-反馈复合控制能有效减小最大超调量和缩短调整时间,改善控制效果.     

液化天然气动力船供气系统动态模拟

本文以液化天然气(LNG)动力船供气系统的工作流程为原型，讨论发动机在工况变化时如何设置控制方案，以达到更好的温度控制效果，满足双燃料发动机的工作需求。使用Aspen HYSYS流程模拟软件对该工作流程进行模拟，研究动态模拟时系统的运行情况。针对供气时的工况变化，改变液化天然气的流量，同时供气温度需要稳定在一定范围内，提出两种维持供气温度相对稳定的调节方案：改变热源的供热量或调节加热介质（水乙二醇）的流量，在HYSYS中分别进行动态模拟。改变热水流量时，输气温度可以控制在20℃-32℃；改变水乙二醇流量时，输气温度控制在22℃-28℃。两种调控方式结合的综合方案中，天然气温度也较好稳定在22℃-28℃之间，并且不需要引入其他外加冷源，响应较快，最适合应用于实际系统中。