大型舰船环状冷媒水系统并网运行模拟分析

针对某大型舰船环状冷媒水系统形式及特点,利用Flow Master建立该环状冷媒水系统的模拟仿真平台。通过对环状冷媒水系统单泵、双泵、三泵以及四泵多种并网运行工况的模拟计算,分析不同运行工况下用户区内与区间的流量分配特性与水力失调情况。模拟结果表明,系统在并网运行时,各用户区内支路流量分配较均衡;单泵供全舰用户运行时,各区用户模拟流量为设计流量的26.7%~38.8%,区与区之间流量最大不平衡率为31.1%,出现明显水力失调现象;对于多泵联合供全船运行工况,各区用户模拟流量分别为设计流量的51.8%~58.4%、77.0%~76.2%、88.7%~90.8%,能适应舰船不同负荷需求,区与区之间流量最大不平衡率小于15%,流量分配较均匀,满足工程要求。     

大型舰船环状冷媒水系统运行模式试验研究

[目的]为了解决大型舰船环状冷媒水系统多种工况运行时的水力平衡问题,[方法]针对该系统的形式及特点,搭建缩比试验平台,对系统各区独立运行、备用泵向各区供水、单泵及多泵联合供水等多种运行模式进行试验研究。分析在不同运行模式下各区用户支路的流量分配特性。[结果]试验结果表明,当位于舰船舯部的备用泵分别向其他各用户区供水时,各用户支路的实际流量达到设计流量的90%以上,其水力失调度为0.89~1.02;单泵向全舰供水时,用户试验流量仅达到设计流量的20.0%~37.1%,区间流量最大不平衡率均大于40%,存在严重的水力失调现象;对于系统多泵联合供水运行模式,双泵、三泵、四泵联合供水模式下的最优运行工况可满足舰船不同负荷下的水量需求,区间流量最大不平衡率小于15%,结果能满足工程要求。[结论]试验结果可为实舰运行与控制提供参考依据。     

供热系统中的水力失调与自力式流量调节阀的应用

分析了供热系统中出现水力失调的原因,介绍了几种解决水力失调问题的措施,通过对比分析,提出采用自力式流量调节阀是解决热网水力失调和实现节能降耗的有效途径。     

船舶环状冷媒水系统冬季工况运行模拟分析

针对某船舶环状冷媒水系统冬季负荷特点,提出采用单泵及双泵供全船全年用户支路冬季运行2种模式。通过对该系统的仿真模拟,研究不同工况下,船舶在冬季运行模式下的全年用户支路的流量分配、水力平衡特性以及系统的水力稳定性。对单泵模式,任意1台水泵供水均能使全船各全年用户支路流量达到设计值的70%左右,支路最大不平衡率小于1%;在不同工况下,同一支路的流量最大偏差为7.27%～7.41%。对双泵模式,任意2台水泵联合供水均能使全船全年用户支路流量达到设计值的100%左右,且无水力失衡现象;在不同双泵联合运行工况下,同一支路的流量最大偏差小于5%。结果表明,对于船舶环状冷媒水系统单泵运行或者双泵运行可满足船舶部分负荷以及满负荷冬季工况需要,水力稳定性小于15%,满足工程需求。     

大型舰船集成式冷媒水系统优化设计及试验

针对某大型舰船空调装置集成式冷媒水系统普通空调用户与特殊空调用户并联运行时存在流量分配困难的问题,提出支路双流量并联运行的优化设计方案,采用Flow Master软件计算系统的沿程阻力和流量,构建集成式冷媒水系统模拟试验平台,进行特殊空调用户低负荷运行与高负荷运行时管网的水力特性试验研究,比较采用支路双流量并联运行方案前后普通空调用户和特殊空调用户的流量分配情况。试验结果表明:采用优化方案后,特殊空调用户在高负荷和低负荷工况下运行时管网各用户可基本保持水力平衡,艏艉流量比较合理,满足用户需求;而在低负荷工况不采用双流量并联运行限流方案时,特殊空调用户支路流量远大于所需流量,艏部的普通空调用户支路流量均低于设计流量的50%。理论和试验研究结果说明,在特殊空调用户支路上采取双流量并联运行方案可有效解决大型舰船集成式冷媒水系统不同运行工况下的流量平衡问题,并且具有高效节能的特点。     

水力式升船机阀后流道体型水力特性试验研究

依托一种全新的升船机形式——水力式升船机工程,探讨其输水系统阀门的选型及活塞式流量调节阀的特点。通过比尺为1∶10.667的常压及减压物理模型试验,研究三岔管和突扩体两种阀后流道体型下的输水系统流量系数、阀后流道边壁脉动压强、阀门临界空化数以及阀后空化形态,讨论了突扩体型的水力优越性。可为水力式升船机输水系统阀门段的水力设计与研究提供借鉴和参考。     

大型舰船环状冷媒水系统运行模拟分析与试验

搭建了某舰船环状冷媒水系统的模拟仿真平台与试验平台,对该系统不同负荷需求下的运行模式进行模拟分析与试验研究,分析了舰船冷媒水系统在不同运行模式下用户的流量分配特性。结果表明,对于舰船夏季夜间与过渡季运行工况,系统双泵、三泵分别向全船所有用户供水时,用户流量分别约为设计流量的50%与70%,区间流量不平衡率小于15%,满足舰船用户不同负荷(50%或70%左右)下的流量需求;对于舰船冬季运行工况,系统单泵、双泵供全船全年支路冬季运行时,用户流量约为设计流量的70%与95%,其区间不平衡率均小于15%,满足舰船冬季满负荷(100%)部分负荷(70%)条件下用户的水量需求。通过模拟与试验结果对比,进一步分析实际舰船环状冷媒水系统的水力平衡特性。     

海洋油气开发中的多相流技术

系统阐述了海洋油气开发中经常遇到的多相流动问题,如确定油藏量和油藏的分布与变化规律的多相渗流问题,油井中产液的变质量多相流问题,油井和立管的竖直与倾斜管多相流问题,油气水在管线中的水力与热力规律问题,输送管道系统提升泵和增压泵的性能、分离器的效率,混相流量的计量等问题.文中还介绍了中国科学院力学研究所在油气水多相增压、多相计量、多相分离、稠油除砂、倾斜井多相流态等方面的研究工作.重点阐述了集离心、膨胀、重力分离原理为一体的新型油气水高效分离器的性能和特点,以及用γ射线硬场层析成像方式来实现油气水混相流量测量方案.     

柔性跨接管安装的三维力学分析

文章对柔性跨接管在三维空间中使用下放缆绳的安装做了相应的力学分析。根据悬链线理论,可以首先获得整个安装系统（缆绳及柔性管）的初始形态（仅受重力作用时）。其最终形态可以根据一迭代过程,使用力的平衡及协调性要求作为收敛准则来得到。通过有限单元离散法,可得柔性跨接管的内力,曲率半径及相应的位移值。为了验证文中提出方法的正确性及可靠性,将此得到的结果与OrcaFlex有限元模型得到的结果进行了对比。同时该文对两端下放缆绳的长度差对柔性跨接管最小曲率半径及最大轴力值的影响也做了一定的研究。该方法能够给实际工程中柔性跨接管的安装提供一定的参考。     

柔性跨接管安装的三维力学分析（英文）

文章对柔性跨接管在三维空间中使用下放缆绳的安装做了相应的力学分析。根据悬链线理论,可以首先获得整个安装系统(缆绳及柔性管)的初始形态(仅受重力作用时)。其最终形态可以根据一迭代过程,使用力的平衡及协调性要求作为收敛准则来得到。通过有限单元离散法,可得柔性跨接管的内力,曲率半径及相应的位移值。为了验证文中提出方法的正确性及可靠性,将此得到的结果与Orca Flex有限元模型得到的结果进行了对比。同时该文对两端下放缆绳的长度差对柔性跨接管最小曲率半径及最大轴力值的影响也做了一定的研究。该方法能够给实际工程中柔性跨接管的安装提供一定的参考。     

深水M型跨接管涡激振动疲劳损伤评估

针对涡激振动引发深水M型跨接管发生疲劳损伤的问题,考虑到M型跨接管非平直管道,弯管的引入对跨接管疲劳评估带来较大的困难,以南海某跨接管为例,通过ABAQUS软件进行跨接管模态分析,形成SHEAR7软件的模态输入文件,对跨接管分区使用SHEAR7软件分析跨接管的顺流涡激振动和横流涡激振动疲劳损伤。     

多相流作用下水下刚性跨接管流致振动特性数值模拟方法研究

跨接管内一般为油、气、水混合的多相流动,目前多相流作用下的管道振动研究多为实验研究,运用计算结构力学CSD和计算流体力学CFD结合的流固耦合方法对多相流内流作用下的倒置U形跨接管流致振动问题进行研究,得到管道内的多相流分布和管道动力响应,可用于多相流内流作用下水下跨接管的设计及跨接管振动疲劳寿命分析。     

M型跨接管设计中敏感性分析的参数化研究

水下模式开发的油气田中,跨接管作为水下井口、管道终端管汇(PLEM)及管道终端(PLET)间的连接管段,与海底输送管道相比具有相对特殊的结构形式与特点。因此跨接管设计通常独立于海底管道进行。介绍跨接管的设计中需要考虑的主要因素,结合跨接管预制、安装特点以及与海底管道、水下基础的等界面影响,介绍与归纳设计中包含的敏感性因素及其影响。根据多敏感性因素的特点提出基于参数化分析的设计方法,并通过计算模拟与结果比较就各敏感性因素对跨接管在位强度的影响提供一些具有指导意义的原则与思路。     

深水刚性跨接管安装过程中关键因素分析

结合中国南海1500m水深海况,使用非线性时域分析软件Orcaflex建立“M”型深水刚性跨接管有限元模型。分析跨接管在波浪及海流作用下,三种典型安装工况：提升工况,通过飞溅区工况以及着陆工况中,不同浪向和绞车下放速度对跨接管强度的影响。并根据API RP 2RD规范校核不同安装工况中的牵引力和结构应力响应是否满足要求。结果表明：提升过程中,绞车需要控制适宜的提升速度以避免发生支撑框架结构碰撞;通过飞溅区过程中, 45°浪向角时跨接管的应力响应最小,为理想施工浪向角;着陆过程中,绞车牵引力达到最大值,数值仿真可以预报安装施工船所需的基本起重能力。分析结果对南海深水跨接管安装具有一定参考意义。     

刚性水下跨接管设计中的疲劳损伤评估

疲劳分析作为深水跨接管设计中的一项重要内容,需要对各因素引起的疲劳损伤进行数值计算或合理预测,以验证其能否满足设计寿命的要求。本文总结了引起跨接管发生疲劳的几项主要原因与抑制或减缓损伤手段,分别对涡激振动与热循环两项对疲劳损伤率影响显著的诱发原因提出数值分析的方法。对分析中一些假设原则与简化方法做了具体描述。最后通过典型算例对分析、简化流程进行介绍。该项跨接管疲劳损伤的研究为工程设计提供了指导和参考,在我国发展中的水下系统产品领域具有实际应用价值。     

景洪水力式升船机岔管群结构设计

岔管群是水力式升船机输水系统的重要组成部分,其布置及设计较复杂。针对景洪水电站水力式升船机岔管的受力特点,采用数值计算方法对水力式升船机典型的三分梁式岔管及四通岔管进行敏感性分析。结果表明:岔管的结构形式合理可行,满足水力式升船机输水系统布置的要求。研究成果可为水力式升船机岔管群结构设计提供科学依据。     

船舶管网系统水力特性研究及其应用

船舶管网系统水力特性是水力计算、系统调试、系统优化设计的理论基础。借助图论这一数学工具,建立了管网系统水力特性的数学模型。在该模型的基础上,利用逐渐增加管网系统回路并逐步迭代计算新增回路阻力系数和流量的思想,提出一种无需给定迭代初值的管网水力计算方法,通过对实船压载水系统进行实时仿真计算,验证计算方法的有效性;提出了一种管网系统调试方法,利用滑油管网系统调试,验证了该方法的合理性。     

水力式升船机长廊道输水系统出流特性对相关因子的响应规律及敏感性分析

提高水力式升船机输水系统各支孔出流的同步性有利于减小船厢倾斜量,是水力式升船机安全运行的基础。通过理论推导,确定水力式升船机长廊道输水系统支孔流量差异的主要影响因子;利用二维数学模型模拟水力式升船机运行过程中输水系统出流过程,定义最不利时刻各支孔流量标准差为特征指标衡量支孔流量不均匀度,获得支孔出流特性对相关因素的响应规律,并对各影响因素进行敏感性分析。     

水下生产系统“M”型跨接管结构在地震作用下的动力响应分析

由于跨接管在水下会受到地震波作用,并且地震发生时跨接管将受到地震引起的水动力的作用,因此采用有限元法计及地震波沿水平和垂向两个方向的载荷输入,考虑地震作用下跨接管的动水作用效应、深海水压、端部位移以及跨接管内部油温的影响,进行地震作用下的跨接管动力响应分析。结构动力响应分析表明,地震下动水作用力、端部位移、深海水压以及跨接管内部油温对跨接管的响应幅值影响较大,研究地震载荷作用下跨接管动力响应应计及上述因素。     

闸墙长廊道输水系统侧支孔均匀布置的水力特性

闸墙长廊道输水系统侧支孔出流不均匀是造成闸室水体流动和闸室水面波浪运动的主要原因。为研究侧支孔均匀布置的水力特性分布规律,通过CFD数值模拟方法分析输水方式、水头差和阀门开启时间对侧支孔出流的影响。结果表明,闸室输水过程中,各支孔流量先增大后减小、支孔流量分配的相对差异也先扩大后减小;闸室灌水时,各支孔流量分配呈由上游至下游逐渐增大然后再稍有减小的趋势,支孔最大流量大致分布在侧支孔出水段的后1/3区域;闸室泄水时,各支孔流量分配从上游至下游逐渐增大;闸室输水时间与水头差和阀门开启时间成正比,闸室灌水比泄水的输水时间稍短。