基于Fluent的压载水UV杀菌装置的优化及仿真

紫外线(UV)杀菌技术作为一种高效、安全、经济的压载水处理技术,被广泛应用于跨洋运输船舶压载水处理领域中。由于紫外辐照时间是影响压载水UV装置杀菌效果的重要因素之一,因此论文提出对UV杀菌装置的进口和出口分别添加导流叶片,来优化杀菌装置腔体内的流场分布,改善粒子辐照剂量均匀性的处置。建立紫外辐照强度、粒子辐照剂量和耦合流体流动的数值计算模型,利用该模型对工业尺寸的UV杀菌装置进行了模拟计算。采用Fluent软件对优化后的UV杀菌装置进行模拟计算,结果显示,经过优化的杀菌装置在紫外总功率没有增加的情况下,粒子受到的紫外辐照平均剂量增长了20.5%,极大地提高了UV杀菌装置的处理效果。     

压载水处理UV模块的CFD数值模拟及实验研究

针对船舶压载水系统对紫外（UV）杀菌器腔体设计技术水平要求高的特点,应用计算流体动力学（CFD）方法对UV杀菌器中压载水的杀菌过程建立数值模拟模型,并以300 m3/h处理量的UV杀菌器为对象,对其内部流场进行了模拟计算,重点对水力、辐射、剂量进行了模拟分析,获得了腔体内辐射剂量分布情况,并通过生物实验来检测实验装置是否满足IMO标准。     

压载水UV处理装置优化设计及实验研究

IMO制定的压载水处理D2标准已对颗粒物和细菌及微生物的数量等做了明确的规定,利用紫外线杀菌具有高效、洁净、方便的特点。提出了对原有的UV处理装置内增加了进出口导流板和筒体内平面导流板,它改善了UV处理装置内的流场分布和辐照剂量的均匀性。模拟结果显示,优化后的装置它的平均流速为1.18m/s,低于原先的2.43m/s平均流速,使辐照时间增加了1.030s,辐照剂量呈正态分布。通过生物实验测试,验证了优化后的装置能将10~50μm生物数量控制为平均0.02cfu/ml,50μm以上生物数量控制为2.33cfu/m3。在紫外灯管数量及功率未增加情况下,它节约了处理时的能耗,达到了理想的杀菌效果。     

船舶压载水处理装置系统设计

以2 650 DWT化学品船为对象,就满足国际海事组织的《国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约》G8准则的压载水处理装置及系统进行了研究,研发了1套过滤精度为50μm,中心照度计量为40 000μJ/cm2的200 m3/h处理能力的压载水紫外杀菌装置。给出了过滤器流速及处理装置紫外线剂量的计算方法,并设计了以PLC为控制核心,由组态软件开发的触摸屏上人机交互窗口为操纵界面的管理系统。介绍了4种工况下压载水处理装置工作原理及阀门遥控的方案。比较了紫外线与其他杀菌方式的优劣。结果表明,该装置的开发能满足公约提出的对海洋微生物的控制要求,是一种高效低耗值得推广的系统。     

船舶压载水杀菌装置能量协同模糊控制管理技术

为了实现船舶压载水杀菌装置能量的协同管理,针对紫外线与超声波联合处理(UV/US)压载水管理系统,提出一种基于模糊逻辑控制的杀菌装置能量协同管理策略,选取压载水水质浊度和藻类丰度的变化情况作为模糊逻辑控制系统的输入变量,经模糊推理确定UV/US压载水管理系统各杀菌单元的工作模式;根据UV与US在系统运行过程中的权重关系,建立UV杀菌单元的仿真模型,并搭建UV藻类灭活试验平台,验证UV/US模糊逻辑控制策略的可行性。结果表明:UV/US压载水管理系统及其模糊逻辑控制策略在满足压载水排放性能标准的同时,可以实现各杀菌单元能量的最优控制,降低系统的能耗。     

基于CFD UV反应器的优化设计与仿真

为提高紫外线船舶压载水器的处理效率,在现有紫外线压载水处理技术的基础上,通过优化反应器进出口设计和紫外线灯管的布置方案,使水流在反应器内部的流场得到改善,紫外线辐照强度在反应器截面上的分布更加均匀,进而提高反应器的处理效率。通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真,验证该方案的可行性。结合仿真结果,提出进一步提高紫外线反应器处理效率的建议。     

压载水旋流预处理单元的优化设计与数值模拟

压载水管理公约D2对压载水中颗粒物粒径范围及含量做出了明确规定。为满足此规定,水力旋流器逐步开始应用于船舶压载水处理系统中。为了提高水力旋流器的分离效率,通过改变水力旋流器的入口结构对水力旋流器进行优化,即将入口结构设计为阿基米德螺线形入口来增加流体转动速度,降低能量消耗,从而提高分离效率。应用Fluent软件,结合雷诺应力模型(RSM)和混合多相流(Mixture)分析方法,对优化前、后的水力旋流器进行固-液两相流数值模拟。模拟内容包括水力旋流器内的速度分布、固相体积分数分布以及分离效率等。通过对比2种模型的模拟结果,说明优化的水力旋流器内部的流场速度以及分离效率均有一定的提高,达到了优化目的。     

压载水旋流预处理单元的优化设计与数值模拟

压载水管理公约 D2对压载水中颗粒物粒径范围及含量做出了明确规定。为满足此规定,水力旋流器逐步开始应用于船舶压载水处理系统中。为了提高水力旋流器的分离效率,通过改变水力旋流器的入口结构对水力旋流器进行优化,即将入口结构设计为阿基米德螺线形入口来增加流体转动速度,降低能量消耗,从而提高分离效率。应用 Fluent软件,结合雷诺应力模型（RSM）和混合多相流（Mixture）分析方法,对优化前、后的水力旋流器进行固-液两相流数值模拟。模拟内容包括水力旋流器内的速度分布、固相体积分数分布以及分离效率等。通过对比2种模型的模拟结果,说明优化的水力旋流器内部的流场速度以及分离效率均有一定的提高,达到了优化目的。     

粘弹性流体作用下的船舶水动力特性研究

为了提高船舶、潜艇的航运性能,降低高速行进过程中的海水阻力,国内外对船舶的水动力特性研究和船型设计投入了大量的精力。粘弹性流体是一种介于粘性流体和弹性固体之间的流体,具有粘性和弹性2种特征,研究粘弹性流体下的船舶水动力特性可以模拟船舶在极端海洋气象条件下的水动力特性,对改善船型设计、提高船舶水动力性能有重要的作用。本文利用计算流体力学CFD技术和数值模拟软件Fluent,完成了船舶在粘弹性流体作用下的水动力仿真,并结合CFD计算软件Open FOAM对船舶在粘弹性流体的动力学特性进行分析,并完成基于Fluent的船舶水动力仿真。     

基于Labview和PLC的船舶压载水控制系统

针对国际海事组织关于压载水只有经过处理达到相关标准才能排放的规定,本文介绍一种满足国际海事组织的《国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约》G8准则要求的船舶压载水处理装置管理系统的组成及原理。设计一套船舶压载水处理装置控制系统,将Labview和PLC的数据通信技术应用到船舶压载水处理控制系统当中。开展船舶压载水系统控制理论的分析,建立Labview和PLC之间的数据通信关系,给出基于Lavview和PLC的船舶压载水控制系统的设计方法,详细介绍控制系统的设计思路、组成和实现方法,并对其与现有压载水处理系统的嵌入性应用进行分析。压载水处理效果经岸基试验结果表明,系统具有良好的软件交互界面,编程简单,控制效果良好,处理效果达到相关标准,具有实际应用价值。