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。     

水力旋流器油-水分离性能数值模拟

本文对两种不同入口型式的水力旋流器的流场进行了数值模拟,湍流模型采用雷诺应力模型,并结合油-水两相流MIXTURE混合模型进行分析,得出：单入口旋流器流场切向速度、轴向速度呈偏心分布,而切向双入口型式的旋流器流场分布对称性明显优于单入口型式;切向双入口旋流器在油-水两相分离时,油相浓度沿着径向方向变化率更大,且更易于向中心区汇聚,利于分离,分离效率要高于单入口旋流器;实验结果证明了模拟结果的正确性。     

切向单双入口旋流器油-水两相分离流场及特性研究

运用雷诺应力模型（RSM）及两相流 MIXTURE 混合模型和 SIMPLEC 算法对切向单、双入口旋流器内的流场进行模拟分析。采用作图法描述了锥段中间截面处的切向速度、径向速度、湍动能及湍能耗散率,使内部复杂旋流流场的分析得以简化。模拟结果表明：单入口旋流器内流场具有不对称性,呈现偏心结构,双入口旋流器流场具有较好的对称性;油-水分离时,切向双入口旋流器中的分离效率为96%,高于单入口旋流器的94%,但同时增大了能量消耗。实验测试结果显示：流量为3 m3/ h 时的实际分离效率为90%,与模拟结果的平均误差为5%,处理流量相同时,采用切向双入口旋流器更能提高分离效率。     

液／固旋流器分离性能的研究

利用Eulerian方法，结合RSM湍流模型，对旋流器内部的液／固多相流动进行了数值模拟，对分离效率与液相分流比和旋流器锥体高度、柱体高度之间的关系进行了系统的研究。在此基础上设计了用于室内实验的液／固旋流器，并进行了水／砂、油／砂分离实验，数值模拟结果与实验数据吻合很好，验证了数值模拟方法的正确性。实验研究了入口流速、油水比例和旋流器级数对旋流器分离效率的影响。此外，根据量纲分析得到了一定Re数范围内分离效率η与Stk数之间的函数关系。     

海底水力输矿管固液两相流的数值模拟

传统的固液两相流数值模拟方法是将固体颗粒(和液体)作为高密度的液体流处理,这只适用于固体颗粒非常细小的情况如粮食输送、泥沙输送等。对海底采矿的水力输送问题,由于固体颗粒相对于水粒子非常庞大,再作为传统的固液两相流处理不科学。本文对矿石颗粒采用离散元方法、对水粒子采用Fluent方法,并将两者耦合进行固、液耦合流在竖向弯管的流动特性研究,考察了不同入口流速下流体的运动规律和矿石颗粒的运动规律和分布规律。结果表明：由于矿石颗粒堆积在管道底部,导致管道内顶部的水流速度大,底部的水流速度小；随着水流速度的降低,矿石颗粒的堆积效果也更加明显；同时存在某一特定速度,使得其开采效率达到最大。     

一种用于疏浚泥沙分离的水力旋流器效率分析

研究用于疏浚泥沙分离的短柱型水力旋流器性能,应用FLUENT软件建立水力旋流器内两相湍流三维模型。主要分析了短柱型旋流器对疏浚泥的分离效率,并给出不同颗粒直径与旋流器直径之间的关系公式,得到最佳旋流器几何尺寸,为用于疏浚泥水力分离旋流器的设备选型提供依据。     

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。     

EEDI指数新规则下压载水除沙旋流器设计

为适应IMO对“新船能效设计指数（EEDI）”的新要求,减少有害物排放,分析了EEDI指数与船舶压载水的关联性,设计了一套可用于去除海水中不同直径颗粒泥沙的旋流器,对旋流器内的切向速度、静压等进行了数值模拟。实验测试结果显示,该旋流器对10μm直径以上的泥沙分离率达到90%以上,总体过滤性能达到90.43%,能减少压载水泥沙含量,从而达到降低EEDI指数目的。     

双通道型旋流式调风器出口等温流场中液相颗粒轨迹的数值模拟分析

应用随机轨道模型 ,对在一定入口旋流器宽度下的双通道旋流式调风器燃油锅炉出口冷态气———液两相流动进行了模拟 ,并选取典型颗粒分别计算了在三种旋流器宽度下 ,颗粒轴向、周向速度变化情况。     

蒸汽发生器旋叶式汽水分离器的数值模拟

采用Fluent计算流体动力学软件对2种不同分离简直径的旋叶式汽水分离器的分离情况进行了数值模拟,得到了各出口水流量以及压降的变化关系.通过对各种影响因素的模拟以及对2种筒径的比较,结果表明,分离筒入13速度越大,则分离效果越好,减小筒径或减小含水量均可以使分离筒入口速度增加,从而提高分离效率.但是,速度的提高会使压降急剧增加,可能对旋叶造成冲击,引起旋叶局部应力强度问题,使旋叶脱落.综上所述,推荐采用直径300 mm的分离筒进行分离.     

潜艇高压气吹除主压载水舱过程的数值模拟

采用结构化六面体网格对主压载水舱内部流场进行离散化,基于FLUENT流体计算软件,应用VOF两相流模型,对10 m及20 m水深时高压气吹除主压载水舱过程进行了数值模拟,研究了气液两相界面的形成及生长过程,深入分析了水舱排水速率的变化规律,并针对压载水的残留现象提出了实际操艇过程中需要注意的问题。仿真结果与现有文献中实体模型的实验结果吻合较好,均揭示了吹除过程中水舱内部压力及排水速率的波动现象,验证了数值模拟方法的准确性和有效性。为与实际情况相符,还提出了针对入口及出口边界条件的改进方案。     

Numerical simulation of the water entry of a structure in free fall motion

To solve the problems concerning water entry of a structure, the RANS equations and volume of fluid （VOF） method are used. Combining the user-defined function （UDF） procedure with dynamic grids, the water impact on a structure in free fall is simulated, and the velocity, displacement and the pressure distribution on the structure are investigated. The results of the numerical simulation were compared with the experimental data, and solidly consistent results have been achieved, which validates the numerical model. Therefore, this method can be used to study the water impact problems of a structure.     

垂直入水空泡内部压强分布数值研究

基于RANS方程,在VOF多相流模型中嵌入水蒸汽和水之间的质量输运模型成功实现了垂直入水空泡流的数值计算。通过与试验结果的对比说明了以上数值方法的可信性,并在此基础之上对带不同锥角头型圆柱体以不同速度垂直撞击自由液面后所生成的空泡内部压强分布进行了深入分析,结果表明:在入水空泡形成阶段,空泡内部压强会出现较大的降低现象,并随着空泡的发展压强值逐渐趋于稳定;空泡形成阶段空泡内部压强随入水物体头部锥角增加而增加;在开空泡阶段空泡内部压强低于环境压强,并随着入水速度增加而呈降低变化趋势,空泡内部压强轴向和径向分布较为稳定,没有较大的压强梯度;在空泡趋于闭合阶段空泡内部压强出现较大的波动,其变化规律与空泡内部空气复杂速度场变化规律相吻合。     

船舶含油污水动态旋流分离器的结构设计研究

船舶含油污水的处理一直沿用“重力-聚结组合”或“过滤-聚结组合”分离装置,分离精度上虽然能达到海船防污染规范之要求,但其分离量难以满足大型船舶的不同作业需要。该文所介绍的船舶含油污水动态旋流分离器兼顾了上述两方面,研究论述了其结构设计及制造装配之思路．介绍了船舶含油污水动态旋流分离器主要结构及其工作原理,给出了该装置工作状况的基本参数;提出了船舶含油污水处理的新方法。     

结构物自由落水砰击现象的数值模拟研究(英文)

To solve the problems concerning water entry of a structure, the RANS equations and volume of fluid(VOF) method are used. Combining the user-defined function(UDF) procedure with dynamic grids, the water impact on a structure in free fall is simulated, and the velocity, displacement and the pressure distribution on the structure are investigated. The results of the numerical simulation were compared with the experimental data,and solidly consistent results have been achieved, which validates the numerical model. Therefore, this method can be used to study the water impact problems of a structure.     

满足安全返港要求的船舶管系设计研究

客船的安全返港要求对与船舶安全有关的舱底、压载、消防等系统,以及对服务于安全区的饮水、卫生水、空调和通风等系统有严格要求。详细解析安全返港和有序撤离的基本概念。通过分析案例,阐述对船舶管系设计的影响并提出解决方案;对舱底系统、压载系统的管路布置、隔离保护措施等作了具体介绍。最后对居住区域有关的其他系统,包括水消防系统、舱室水喷淋系统、服务于安全区域各系统的布置等也作了典型布置和评估。