船用蒸汽蓄热器充汽过程的热工水力特性数值研究

采用考虑汽液两相蒸发与冷凝的两流体模型和热相变模型,基于CFX进行船用蒸汽蓄热器充汽过程热工水力特性数值研究。计算结果表明:充汽过程中,船用蒸汽蓄热器压力、温度均呈快速上升的变化规律;蓄热器汽水空间产生蒸汽射流及涡流效应;两流体模型和热相变模型能够准确描述船用蒸汽蓄热器充汽过程热工水力参数,为船舶蒸汽蓄热器的设计提供技术支撑。     

不同运行条件下船用蒸汽蓄热器充汽过程动态特性数值模拟

船用蒸汽蓄热器的充汽过程是复杂剧烈的汽液两相热质交换过程,具有瞬时充汽量极大、热负荷波动剧烈的特点,其充汽特性直接关系到舰船蒸汽动力系统的运行稳定性。根据船用蒸汽蓄热器的运行条件,采用考虑汽液两相蒸发与冷凝的两流体模型和热相变模型,进行不同初始水位和压力下船用蒸汽蓄热器充汽过程动态特性的数值研究。计算结果表明：在充汽流量一定的条件下,蒸汽蓄热器初始水位越高,导致蓄热器压力越小、蒸汽温度越低;蒸汽蓄热器初始压力越大,造成蓄热器压力越大、蒸汽温度越高;在充汽起始阶段,蒸汽蓄热器初始压力越大,蓄热器水位和压力波动越剧烈。     

摇摆条件下船用蒸汽蓄热器放汽过程数值研究

基于两流体模型和热相变模型,结合考虑附加惯性力的摇摆计算模型,并引入指数压降放汽边界条件,利用CFX软件进行了摇摆条件下船用蒸汽蓄热器放汽过程数值计算。计算结果显示,在摇摆条件下,蒸汽蓄热器放汽压力和温度均快速降低,但摇摆运动对放汽压力和温度参数影响比较小;摇摆运动加强蒸汽蓄热器内汽水两相流体的湍流交混,诱发蓄热器压力场、速度场和温度场分布紊乱;周期性的摇摆运动导致蒸汽蓄热器水位产生剧烈的周期性波动,且波动周期与摇摆周期基本一致。摇摆模型在蒸汽蓄热器两相流数值模拟中的成功应用,可为海洋条件下蒸汽蓄热器热工水力的准确分析提供参考。     

两种充汽模式下船用蒸汽蓄热器动态性能数值模拟

为给船舶蒸汽动力系统设计提供技术支撑,采用考虑蒸发和冷凝的热相变模型描述蒸汽蓄热器汽、液两相的热质传递规律,并结合缓慢充汽和快速充汽计算边界条件,基于CFX实现不同充汽模式下船用蒸汽蓄热器动态性能数值模拟。计算结果表明：在缓慢充汽起始阶段,船用蒸汽蓄热器水位波动大,最终水位保持平稳且略有升高;缓慢充汽过程中,船用蒸汽蓄热器的压力和温度均呈先快速上升再下降的变化规律;在快速充汽过程中,蒸汽蓄热器的压力和温度均呈先快速上升再下降的变化规律,计算结果与试验数据基本吻合。     

海洋核动力平台PRHR HX管内蒸汽冷凝换热特性分析北大核心CSCD

[目的]旨在探究非能动余热排出换热器(PRHR HX)管内饱和蒸汽冷凝传热特性,为海洋核动力平台非能动安全系统设计提供支撑。[方法]通过搭建的功率比1∶50的试验装置,使用分离热阻法处理试验结果,对PRHR HX管内饱和蒸汽冷凝换热特性进行分析。[结果]在试验参数范围内,PRHR HX管内主要以分层流或波状流-环状流-波状流流型存在,该管内凝液流动存在由层流到湍流的转捩过程;管内饱和蒸汽冷凝换热系数随压力升高而增大;在压力为0.52 MPa时,换热器内蒸汽流速最大值约为6.72 m/s,当压力大于0.52 MPa后,蒸汽流速反而逐渐减小;所提PRHR HX管内饱和蒸汽冷凝换热系数计算关系式与试验结果吻合良好,其计算值与试验值的相对误差在±8%以内。[结论]研究结果可为海洋核动力平台及类似应用对象非能动安全系统PRHR HX设计和优化提供参考。     

船舶表面高压水射流清洗实验与仿真

为优化高压水射流参数对水射流清洗效率的影响,选用Mixture两相流模型借助fluent软件对不同压力和靶距下水射流压力场与速度场进行计算,对水射流参数与清洗效率的对应关系进行仿真分析,并使用与仿真相同射流参数开展清洗实验进行验证。结果表明,射流动压与半径随压力、靶距变化明显,射流动压随靶距增加而减小;射流清洗半径随靶距增大而增大、随压力增大而减小且趋于一定值;清洗效率最高的射流参数:靶距70 mm时,最优清洗压力为60 MPa;入口压力为20 MPa时,水射流最优靶距应在30 mm。通过实验观察到不同靶距下清洗半径变化趋势与仿真结果高度吻合。     

船舶回汽制动对主蒸汽系统运行特性的影响

基于实际船舶蒸汽动力系统运行机制,解析船舶回汽制动过程,利用CFD方法计算正车工况下主蒸汽系统管路速度场和压力场的稳态分布规律;拟合并引入基于二次程序开发的正倒车回汽流量模型作为动态计算边界条件,动态计算分析回汽制动过程蒸汽流量变化对主蒸汽系统的影响。结果表明,在回汽制动过程中,蒸汽分配箱、正车供汽管及倒车供汽管的最大压降满足主汽轮机操作规范要求。     

负荷扰动下直流蒸汽发生器蒸汽压力控制仿真

对采用直流蒸汽发生器的船用核动力装置,为保证快速大幅度负荷变动时的装置运行安全,采用了一、二回路功率协调控制系统。但由于直流蒸汽发生器物理过程的复杂性和一、二回路功率协调控制系统的不完善,在一般负荷扰动时,仍会出现主蒸汽系统压力较大幅度的波动,影响汽动设备的稳定运行。因此,运行上仍需进一步对主蒸汽系统的压力波动范围进行限制。本文以采用直流蒸汽发生器的核动力商船动力装置为研究对象,研究利用装置的启停蒸汽冷却器参与主蒸汽压力运行控制,并建立运行仿真模型进行仿真试验研究。结果表明,启停蒸汽冷却器参与装置运行后能有效调节主蒸汽压力,降低其压力波动峰值。     

非缓坡非均匀流场中多向不规则波传播数学模型的建立

根据线性波动的叠加原理和波浪方向谱理论,在文献[1]的非缓坡非均匀流场的规则波基本方程的基础上,推导出了非缓坡非均匀流场中的多向不规则波传播变形的偏微分方程,并使用有限差分方法建立了数学模型。该模型避开了求解波动势函数的困难,直接求解波动能量的空间分布,可采用简单的有限差分数值方法求解,对空间步长没有限制,适合非缓坡复杂地形及存在流场的情况下大面积波浪场(波高和波向)的计算。     

船舶微过热蒸汽发生系统供汽性能研究

为提高船舶微过热蒸汽发生系统的稳定性和优化微过热系统性能参数,探析稳态、动态工况下微过热蒸汽发生系统供汽响应特性。本文以船舶微过热蒸汽发生系统为机理模型,采用 CFD模拟方法计算了微过热蒸汽发生系统速度场、压力场和温度场的稳态分布规律,引入实际微过热蒸汽系统运行参数作为边界条件,开展微过热蒸汽发生系统供汽性能动态研究,得到过热蒸汽掺混流量、饱和蒸汽掺混流量、微过热蒸汽压力和温度等关键性能参数的动态变化规律,并提出微过热蒸汽掺混因子,定量表征微过热蒸汽系统掺混特性及其对蒸汽温度影响规律。计算结果显示,在微过热蒸汽供汽过程中,饱和蒸汽系统管路压降大于过热蒸汽压降,微过热蒸汽压力不断降低,过热蒸汽和饱和蒸汽掺混流量增大,促使蒸汽掺混因子减小,导致微过热蒸汽温度略有降低。基于微过热供汽性能参数的分析,说明船舶微过热蒸汽发生系统供汽响应方案满足用汽设备的要求,可用于船舶蒸汽动力系统的设计。     

船舶微过热蒸汽发生系统供汽性能研究

为提高船舶微过热蒸汽发生系统的稳定性和优化微过热系统性能参数,探析稳态、动态工况下微过热蒸汽发生系统供汽响应特性。本文以船舶微过热蒸汽发生系统为机理模型,采用CFD模拟方法计算了微过热蒸汽发生系统速度场、压力场和温度场的稳态分布规律,引入实际微过热蒸汽系统运行参数作为边界条件,开展微过热蒸汽发生系统供汽性能动态研究,得到过热蒸汽掺混流量、饱和蒸汽掺混流量、微过热蒸汽压力和温度等关键性能参数的动态变化规律,并提出微过热蒸汽掺混因子,定量表征微过热蒸汽系统掺混特性及其对蒸汽温度影响规律。计算结果显示,在微过热蒸汽供汽过程中,饱和蒸汽系统管路压降大于过热蒸汽压降,微过热蒸汽压力不断降低,过热蒸汽和饱和蒸汽掺混流量增大,促使蒸汽掺混因子减小,导致微过热蒸汽温度略有降低。基于微过热供汽性能参数的分析,说明船舶微过热蒸汽发生系统供汽响应方案满足用汽设备的要求,可用于船舶蒸汽动力系统的设计。     

回汽控制对舰用蒸汽动力系统的影响

[目的]船用蒸汽动力系统在紧急减速或换向操作过程中,回汽控制技术是缓解锅炉内锅筒超压问题的有效手段,需对其带来的影响进行研究.[方法]建立增压锅炉、主汽轮机和螺旋桨等设备的蒸汽动力系统仿真模型,针对大型舰船紧急减速过程和换向操作过程中快关阀无回汽、快关阀有回汽、慢关阀无回汽这3种工况,开展回汽控制特性的仿真对比分析.[...     

部分浸没充液无限长圆柱壳声辐射特性研究

本文旨在研究圆柱壳的浸没和充液对其声辐射特征的影响,为界面附近充液壳体目标声学性能的评估和测量提供理论依据和研究方法。通过有限元数值仿真方法计算得到半充液无限长圆柱壳辐射声压的频率-浸没深度谱和半浸没无限长圆柱壳辐射声压的频率-充液高度谱,结果均呈现出两种明显的共振现象,分别由弯曲波和低阶流体附加波激发。根据相速度频散曲线推导出共振频率的预报公式,能够准确地预报辐射声场中出现的共振现象,可为系泊状态内部液舱结构振动声辐射线谱特征控制与评估提供理论支撑。     

离心泵口环间隙流动特性的数值模拟

[目的]在开展离心泵的结构设计和性能研究时,往往易忽略口环间隙的影响。口环间隙不仅将改变离心泵的外特性,还将影响其流场分布,故需深入分析离心泵口环间隙的流动特性。[方法]以某型中比转速的立式离心泵作为研究对象,采用ANSYS CFX开展仿真模拟,分析不同口环间隙(0,0.5,0.7,1.06 mm)对离心泵外特性、压力分布和速度分布的影响。[结果]结果表明:不同口环间隙下,离心泵外特性的仿真结果与实验数据基本一致,两者的相对误差小于5%(1.06 mm间隙除外),验证了数值仿真方法的可信度;随着口环间隙的增加,在设计工况下,离心泵的扬程约下降20%,效率约下降19%;小间隙处的叶轮前、后盖板局部压强有所增加,大间隙处的整体压强有所下降,叶轮盖板的径向压强呈不对称分布;口环间隙导致流体内部的湍流紊乱,而离心泵进口和出口处的压强和速度均呈现出不均匀的渐进梯度分布。[结论]研究成果可为离心泵的结构设计和流场特性分析提供参考。     

轴对称直喷管的水下射流噪声特性数值模拟与实验验证

[目的]为研究水下射流噪声特性,[方法]应用Lighthill声类比计算轴对称直喷管的自由射流声场特性,借助FLUENT仿真软件并采用大涡模拟法计算该直喷管的水下射流流场,最后基于混响法进行实验验证。[结果]结果表明:稳态射流流场的核心区长度与流速无关,核心区长度约为喷管直径的8倍;射流噪声辐射功率与流速的8次幂成正比;不同流速下的射流噪声功率谱在低频段的差异较大,在高频段的差异则显著减小,且辐射噪声能量主要集中在低频段,但流速增加后射流噪声的主要贡献将向高频段移动。[结论]在射流噪声计算仿真方面,将大涡模拟法和Lighthill声类比相结合是一种有效的分析手段。     

基于GSE平台的蒸汽试验系统边界的动态控制仿真

[目的]台架试验是蒸汽系统设计与验证的重要手段,能否准确模拟边界条件是至关重要的影响因素。为获得一种可行的动态流量边界控制方法,[方法]基于蒸汽系统台架试验的蒸汽入口处流量变化要求,提出PID闭环控制与开环控制方案,并开展仿真对比分析。利用GSE平台建立蒸汽系统台架试验的仿真模型,基于试验热态调试数据进行仿真模型修正,并通过对比试验数据与仿真数据验证仿真模型的正确性和有效性。[结果]仿真结果表明:迭代—收敛的开环控制方案可以满足蒸汽流量在10 s内线性减少20 t/h的控制要求,而传统PID闭环控制方案则难以实现。验证试验的结果表明:蒸汽入口处的流量变化满足台架试验要求,并与仿真结果相吻合。[结论]研究成果可为蒸汽系统台架试验的边界控制提供参考。     

高温和高压下吊装孔蒸汽微泄漏特性测量的理论与实验研究

[目的]为了研究应用于核动力装置的吊装孔在事故工况下的密封性能,搭建一套能够实现蒸汽微泄漏量定量测量的实验装置。[方法]在该装置中,0.66 MPa下的饱和蒸汽被充入加压腔以模拟事故工况,泄漏的蒸汽则通过敷设了保温层的收集腔来收集,并且不会发生冷凝。实时监测收集腔内温度、湿度和压力等参数的变化情况,以推算蒸汽的泄漏率。[结果]实验结果表明：采用厚度为1.5和3.0 mm核级垫片的吊装孔模型的蒸汽泄漏率分别为13.93和11.91 g/24 h,均能满足低漏设计要求,其中,3.0 mm垫片的密封性能更优。对同种垫片和同样压力下的干空气和蒸汽测量的结果进行分析,得到的密封系数nd4十分接近,验证了实验装置对蒸汽微泄漏量测量的准确性。[结论]所提方法可推广应用于各种密封结构或压力系统,为事故工况下堆舱密封性评估提供了新的测量思路。     

某大型豪华邮轮蒸汽系统管网仿真分析

为了验证某大型豪华邮轮蒸汽系统的设计方案的合理性,依据邮轮蒸汽系统设计方案,采用Flowmaster软件建立了某邮轮蒸汽系统的一维管网模型.研究表明,稳态仿真数据与设计参数误差范围均在±5％以内,蒸汽管网设计方案能够满足系统各设备用汽需求.在发电机定负荷和变负荷过程中,热水量发生改变,热水温度短时间内稳定在设定温度.主管网压力随热水量和蒸汽量的变化发生波动,波动幅度较小.改变燃油锅炉蒸汽量稳压效果优于控制汽轮机管路阀门开度,燃油锅炉距离稳压点越近,稳压效果越好.     

气泡羽流紊流的应力代数模型及数值分析

本文在文献[1]给出的气—液两相流羽流紊流应力模型的基础上得到了相应的应力代数模型.采用Spalding向前积分有限差分法对气泡羽流紊流场算例在引用一些假设的条件下进行了数值分析,并与Kobus的实验结果进行了比较和分析.     

耙吸挖泥船高压冲水淹没射流演化过程试验

通过模型试验方法,在风浪流水槽中研究耙吸挖泥船高压冲水淹没射流演化过程。采用超高速相机对静止和移动状态下的高压冲水淹没射流的流动形态进行研究,不仅可提供高压冲水在淹没状态时射流和扩散状态,还可为耙吸挖泥船耙齿设计改进提供依据。结果表明,当高压水射流压力增加到一定程度后,射流形态形成中间大两头小的"藕"形分布状态;试验工况下,在较小射流压力时,移动速度对高压淹没水射流较远处流态影响显著;在较大的射流压力时,移动速度的影响并不明显。因此,提高高压冲水压力可有效解决低压冲水时的拖尾问题。