船舶主机废气余热温差发电的数值模拟与试验研究

为了对船舶柴油机废气余热加以利用以达到船舶节能和减少碳排放的目的,结合船舶余热特点,开展船舶余热温差发电的数值模拟与试验研究。采用CFD方法完成试验装置相关参数的选择,然后对温差发电装置的换热过程进行模拟,并通过试验验证模拟的正确性。最后,以MAN/BW41V32/40式船舶主机为研究对象,对其废气余热温差发电的性能进行评估,结果表明,在热端平均温度为500 K、冷端平均温度为310 K、冷却水流速为10 m/s的工况条件下,设计安装的1 764片温差发电片输出总功率理论上可达31.75 k W。     

基于两级温差发电的船舶废热回收试验研究

对于船舶柴油机而言,其所做功的30%都以废热的形式随尾气排放到了大气中。利用温差发电(TEG)技术回收船舶余热进行发电具有极其广阔的发展前景。因此提出了一种利用船舶柴油机尾气废热进行两级温差发电的新型装置。在对两级温差发电系统进行建模后,搭建了两级温差发电装置并进行了测试。理论分析和实验结果表明该装置利用温差发电技术对船舶余热回收是可行的。当热端温度达到473 K时,该温差发电实验装置可输出功率250 W,系统热效率为5.35％,相比单级TEG在相同条件下4.04％的热效率,该系统提高了32％。最后,对系统优化和装置的进一步改进进行了探讨。     

船舶主机缸套水余热温差发电装置的实验分析

针对不同因素对船舶主机缸套水余热温差发电装置性能的影响问题,搭建船舶主机缸套水余热温差发电实验装置,实验表明,热交界面材料的种类和温差发电片连接方式会直接影响温差发电装置的性能。采用液态导热硅脂作为热交界面材料可有效地提高温差发电装置的发电性能;串联和并联方式获得的最大输出功率相近,但串联方式所匹配的负载约为并联方式的4倍,所获得的开路电压约为并联的2倍。     

基于两级温差发电的船舶废热回收试验研究

对于船舶柴油机而言,其所做功的30%都以废热的形式随尾气排放到了大气中,而利用温差发电技术回收船舶余热进行发电具有极其广阔的发展前景,因此提出了一种利用船舶柴油机尾气废热进行两级温差发电的新型装置。在对两级温差发电系统进行建模后,搭建了两级温差发电装置并进行了测试。理论分析和试验结果表明,该装置利用温差发电技术对船舶余热进行回收是可行的。当热端温度达到473 K时,该温差发电试验装置可输出功率250 W,系统热效率为5.35%,相比单级温差发电在相同条件下4.04%的热效率,该系统提高了32%。最后,文章对系统优化和装置的进一步改进进行了探讨。     

集装箱船中高温余热回收的温差发电研究

船舶集装箱温差发电是现代船舶电能开发的重要研究项目,目前已有的温差发电技术均存在电荷负载稳定性方面的问题,严重影响温差发电的综合性能。对此设计从温度均衡性入手提出新型集装箱船中高温余热回收温差发电技术。分析当前集装箱余热成分,对核心部分即烟气流量和缸套热能余量进行计算,重新构筑集装箱冷热端温差输送的换热部分,增大换热翅片,在翅片外部添加矩形导流板,翅片入口和出口处分别设置扩张段和收缩段,消除换热过程中的翅片流通死角,并进行换热紧固,根据热能余量计算结果,定立温差发电片数量尺寸,验证温度波动情况,实现集装箱温差发电。实验数据证明该方法热能转换率提高25%,电力阻隔降低19%,可以有效缓解电荷负载稳定性问题。     

船舶柴油机废气余热发电效率优化系统

船舶柴油机运行过程中产生的能量做不到被完全利用,造成能源浪费。在此背景下,为提高能源利用率,针对当前使用的一般船舶柴油机废气余热发电系统效率低的问题,进行优化设计。本系统设计采用B/S架构,搭建系统结构,集成化提升,然后优化系统组成硬件,最后设计系统运行程序,实现优化系统设计。为测试系统有效性,进行仿真测试,结果表明:与一般船舶柴油机废气余热发电系统相比,运行优化后的系统,能在更短的时间内产生更多的电量,由此可知本系统的余热发电效率提升,达到了研究的预期目标。     

基于集成高效热能发电系统的船舶Attained EEDI及燃油消耗量分析

为满足国际海事组织(IMO)关于船舶能效设计指数(energy efficiency design index,EEDI)的强制要求,各国已开始探索高效热能发电技术在船舶能源系统中的集成和应用,以期通过对船舶主动力装置余热进行回收利用,实现降低EEDI、减少燃油消耗量和控制废气排放量的目标。论文以超临界二氧化碳布雷顿循环(S-CO_2 Brayton cycle,S-CO_2 BC)发电系统、有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)余热发电系统、卡琳娜循环(Kalina cycle,KC)余热发电系统和动力涡轮(power turbine,PT)余热发电系统为具体研究对象,分别就单一新型动力循环发电系统和组合型高效热能发电系统在某型2500TEU支线集装箱船中集成,对船舶达到的能效设计指数(attained EEDI)和燃油消耗量折减进行计算分析。结果表明:采用超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统取代1台船舶辅机,并与有机朗肯循环、卡琳娜循环及动力涡轮等新型动力循环余热发电系统构成组合型高效热能余热发电系统技术方案,可实现船舶达到的能效设计指数EA与没有应用任何高效热能发电系统技术方案的指数相比下降33.28%;单一应用有机朗肯循环余热发电技术对减少船舶燃油消耗量的贡献显著,燃油节省率可达到5.99%。这项研究工作可为在船舶上集成应用高效热能发电技术提供理论参考依据。     

超临界二氧化碳涡轮发电在船舶余热利用上的技术分析

船舶动力技术水平关系到国家经济发展与军事安全,其中实现其发动机排气余热高效利用是一项关键技术。船舶具有多种余热利用的途径,现代船舶对于电能的需求越来越大,利用余热进行发电具有前景。超临界二氧化碳具有良好的密度和流动特性,可在中低温区实现高效的涡轮机械作功,相比温差发电或燃气轮机发电具有明确的效率优势。本文对比分析了超临界二氧化碳涡轮发电的发展现状和关键技术,并针对船舶参数开展30 kW级超临界二氧化碳涡轮发电机的研制,在氮吹试验中实现了36 kW/36.5 kr/min的功率输出,可进一步验证并推进超临界二氧化碳涡轮发电在船舶余热利用上的发展。     

半导体温差发电技术及在船舶中的应用探讨

半导体温差发电机的发电原理是通过全固态对能量进行转换的一种方式,不需要任何的流体介质或者化学反应,其特点是尺寸小、噪音低、使用寿命长。本文介绍了半导体温差发电技术基本原理及研究现状。分析了温差发电技术的基本元件及特点,阐述了船舶柴油机大温差余热回收的特点。在此基础上对分析了半导体热电材料最佳工作温度区间特性。探讨了温差发电技术在船舶中应用的可行性,并提出了优化方案。     

超临界二氧化碳涡轮发电在船舶余热利用上的技术分析

船舶动力技术水平关系到国家经济发展与军事安全,其中实现其发动机排气余热高效利用是一项关键技术.船舶具有多种余热利用的途径,现代船舶对于电能的需求越来越大,利用余热进行发电具有前景.超临界二氧化碳具有良好的密度和流动特性,可在中低温区实现高效的涡轮机械作功,相比温差发电或燃气轮机发电具有明确的效率优势.本文对比分析了超临界二氧化碳涡轮发电的发展现状和关键技术,并针对船舶参数开展30 kW级超临界二氧化碳涡轮发电机的研制,在氮吹试验中实现了36 kW/36.5 kr/min的功率输出,可进一步验证并推进超临界二氧化碳涡轮发电在船舶余热利用上的发展.     

食用菌培育室热管式全热回收器的设计与实验研究

在分析目前各种空气能量回收器形式和工作原理的基础上,结合食用菌培育室新风和排风间不能交叉污染以及冬夏季的室外新风与培育室排风的焓差大于显热差的特点,设计了一种新型的热管式全热回收器;以上海地区3000 m3/h风量的能量回收器为研究对象,通过对培育室夏季负荷分析和可回收能量的计算,完成了铜-氟里昂热管式能量回收器的设计;对所设计的热管式全热回收器进行了初步性能试验与经济性分析.实验结果表明：该回收器传热性能良好,负荷能满足实际需求.经济性分析表明：该回收器经过一年的运行,节约的电费即可回收成本,具有较好的经济与社会效益.     

发动机排烟对海洋平台及周围环境影响的数值模拟

运用Fluent软件,基于组份输运模型,对陆丰13-2钻井生产平台上发动机排烟对海洋平台及周围环境影响进行数值模拟。分别对常风向正常工况及微风不利工况两种情况进行计算,结果表明:在常风向工况下,由于风速较高,烟气浓度分布及温度分布对平台及供应船不会造成安全影响;在微风不利工况下,不利于烟气扩散,烟气易沿下风向扩散的同时,还不断上升到工作平台区域及工作船的部分工作区域。提出排烟管出口应布置在工作甲板以下空间,以避免常风工况烟气通过平台空间扩散;通过分析烟气扩散影响因素,增设挡风墙等措施可以改变烟气扩散区域的流场,在排烟口处加喷水装置可降低排烟温度,有效地降低排烟的影响。分析结果为平台主电站布置及排烟管位置的设计提供参考依据。     

船舶汽轮机排汽缸改进优化

排汽缸作为船舶汽轮机的重要部件,其性能可以影响机组的有效焓降以及机组的作功能力;运用CFD软件对某型船舶汽轮机低压排汽缸进行了分析,并结合实际船上条件对其结构进行了改进优化;计算结果表明改进后的排汽缸出口速度分布更加均匀,排汽损失明显降低,可有效提高机组整体性能.     

液化天然气船隔热舱室温度场的仿真计算

分析了液化天然气(LNG)船液货舱隔热舱室,提供了传热数学模型、边界条件、舱室合理简化、舱室对流系数以及辐射边界的处理,然后基于ANSYS软件建立了138000 m3LNG船1/4液货舱的三维有限元模型,运用APDL语言进行迭代计算,计算出在各种工况下LNG船隔热舱室的温度场分布、蒸发率等参数并与实船比较分析,其仿真结果与实测数据接近,证明建模和仿真计算方法是可行的。     

舰用增压锅炉动态特性仿真分析

以某舰用增压锅炉为研究对象,结合船用常压锅炉的试验数据,建立了适合增压锅炉的数学仿真模型．模型中对流受热面及管外介质烟气流动传热遵循质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程及金属蓄热方程,采用集总参数法,分别建立了舰用增压锅炉各部分的数学模型,并进行了微小动态参数变化的仿真分析．     

基于喷水降温冷却的舷侧排气系统声学性能分析

对于船舶动力装置喷水冷却式舷侧排气系统,喷水降温装置的开启会使系统内温度发生剧烈变化,因此排气系统内烟气属性会发生改变,进而影响舷侧排气消声系统的性能。文章首先通过Fluent获得喷淋冷却前后舷侧排气系统的流体动力学计算结果,改变冷却水流量后又得到消声系统在不同喷水流量下的温度场;再将CFD计算结果作为求解排气系统传递损失的计算输入,得到了冷却水喷淋前后舷侧排气系统的声学性能,从而获得喷水降温冷却可以提高整个系统在低频段的消声性能的结论。该结果可为今后舷侧排气系统紧凑化设计提供参考。     

废热锅炉烟管严重漏水故障的原因分析

废热锅炉是利用船舶内燃机排出的废气作为热源的蒸汽锅炉.废热锅炉是营运船舶必不可少的设备,它产生的蒸汽供给燃油、机油、甲板水和口用水的加热和消防、取暖和厨房等地方的用汽.如果废热锅炉出现故障,轻则严重蒸汽不足;重则废热锅炉不能使用,直接影响到主机的运转,继而影响船期,甚至船舶安全.导致废热锅炉故障的原因有许多,如水质的管...     

基于晶闸管的脉冲功率开关热模型研究

晶闸管作为脉冲功率开关器件时,其短时导通电流往往数倍于它的通态平均电流,短时积聚的损耗会使晶闸管结区累积大量热量,造成其结温瞬间陡升,试验表明极易使得晶闸管因结区过温而击穿.因此如何优化设计晶闸管脉冲功率开关阀体结构、最大限度快速散热、降低结区温升,具有重要意义.介绍了基于ABB的5STP 52U5200型晶闸管所构建的脉冲功率开关阀体结构及其柯尔热阻抗模型,并利用Matlab的SimuLink构建脉冲功率开关阀体的热网络仿真模型,获取晶闸管耗散功率与其最高结温、晶闸管耗散功率与其壳温的可视化关系曲线,归纳了脉冲功率开关导电极的热阻与热容对晶闸管最高结温的影响规律,为晶闸管脉冲功率开关阀体结构的优化设计提供了依据,并得到了试验验证.     

舱内装运风冷式冷藏集装箱的通风方式数值模拟

通过对装载风冷式冷藏集装箱货舱内气流的CFD模拟计算和实例验证,了解货舱内气流流场的变化情况,确立了正确的CFD计算模型和方法;同时对目标船型货舱的送风和抽风两种通风模式从气流组织、排热效率和通风阻力等方面进行了比较分析,为集装箱船货舱通风系统的优化设计提供了依据.     

机械排烟控制航母机库火灾烟气运动大涡模拟

航母机库火灾是影响航母安全的重要因素。为研究航母机库火灾防护与控制技术,采用低速气流运动控制方程组和湍流燃烧大涡模拟方法仿真分析机械排烟条件下航母机库油料火灾的蔓延与烟气运动规律。结果表明：针对本算例机库几何尺寸和油池火规模,机械排烟量介于300~600 m3/s,不仅会增高热烟气层高度、降低下层烟气温度,还会降低火源附近的热流密度;当机械排烟量不超过600 m3/s时,采用机械排烟对油池火蔓延的强化影响不显著;机械排烟使热烟气排出温度明显增加,选择风机需要考虑耐温要求。