基于超高燃油喷射压力的喷雾特性试验研究与模型修正

为了研究超高压喷射条件下二次破碎喷雾模型对燃油雾化特性的影响,在AVL FIRE软件平台上对燃油喷雾过程进行数值模拟,搭建可视化喷雾闪光摄影试验台架。基于超高的燃油喷射压力对燃油的雾束发展形态进行了图像采集,利用试验结果对二次破碎喷雾模型进行修正,分析模型中主要参数对燃油雾化特性的影响。结果表明：KH波破碎时间常数 C2的减小有利于缩短喷雾贯穿距离,同时避免发生燃油撞壁现象;随着RT波波长常数C4的增大,二次破碎新生油滴的直径变大,雾化效果变差;由于首次破碎过程对二次破碎过程的制约作用,导致C4对喷雾计算结果的影响不像C2那样显著。     

基于超高燃油喷射压力的喷雾特性试验研究与模型修正

为了研究超高压喷射条件下二次破碎喷雾模型对燃油雾化特性的影响,在AVL FIRE软件平台上对燃油喷雾过程进行数值模拟,搭建可视化喷雾闪光摄影试验台架。基于超高的燃油喷射压力对燃油的雾束发展形态进行了图像采集,利用试验结果对二次破碎喷雾模型进行修正,分析模型中主要参数对燃油雾化特性的影响。结果表明:KH波破碎时间常数C_2的减小有利于缩短喷雾贯穿距离,同时避免发生燃油撞壁现象;随着RT波波长常数C_4的增大,二次破碎新生油滴的直径变大,雾化效果变差;由于首次破碎过程对二次破碎过程的制约作用,导致C_4对喷雾计算结果的影响不像C_2那样显著。     

喷射压力对船用柴油机燃油喷雾特性的影响

为了深入研究船用柴油机燃油喷雾特性,本文以某船用孔式喷油器为研究对象,运用液滴破碎模型、大涡湍流模型、液滴碰撞聚合模型对燃油喷雾过程进行数值分析,研究喷射压力对喷雾特性的影响规律,并与试验结果对比以验证数值模拟结果的正确性。结果表明:喷雾贯穿距随着喷射压力升高而增大,喷雾初期贯穿距与时间成正比,而喷雾中后期,贯穿距增大的速度逐渐减缓;喷雾锥角随着喷射压力的增大而增大,每提升10 MPa喷射压力,锥角增大0.4°;喷雾体积随喷射压力的提高而变大,射流边缘出现的块状结构会回到喷雾主体内,而喷雾头部块状结构无法回到喷雾主体内;索特平均直径随着喷射压力的提高而变小,每提升10 MPa喷射压力,索特平均直径减小约4%。     

喷射压力对船用柴油机燃油喷雾特性的影响

为了深入研究船用柴油机燃油喷雾特性,本文以某船用孔式喷油器为研究对象,运用液滴破碎模型、大涡湍流模型、液滴碰撞聚合模型对燃油喷雾过程进行数值分析,研究喷射压力对喷雾特性的影响规律,并与试验结果对比以验证数值模拟结果的正确性.结果表明:喷雾贯穿距随着喷射压力升高而增大,喷雾初期贯穿距与时间成正比,而喷雾中后期,贯穿距增大的速度逐渐减缓;喷雾锥角随着喷射压力的增大而增大,每提升10 MPa喷射压力,锥角增大0.4.;喷雾体积随喷射压力的提高而变大,射流边缘出现的块状结构会回到喷雾主体内,而喷雾头部块状结构无法回到喷雾主体内;索特平均直径随着喷射压力的提高而变小,每提升10 MPa喷射压力,索特平均直径减小约4％.     

航行姿态对船底气层稳定性影响的数值研究

为揭示气泡船不同航行姿态下的气层稳定性,采用RANS方程与VOF模型相结合的方法,构建了大型平底气泡船粘性流场数值计算模型,并对该模型进行了验证。分析了航行横倾角、航行纵倾角对气泡船凹槽中气层形态及稳定性的影响,数值研究结果表明,凹槽深度与宽度之比为h/B时,存在一个临界横倾值arctan(h/B),当横倾角小于该值时可形成稳定的船底气层;横倾角大于该值时船底气层出现破碎现象,且横倾增加,破碎现象加重;较大的船体尾倾角会使气层发生破碎,对气层的稳定性不利,在航行过程中应尽量避免。     

岛礁地形上二维波浪传播的数值模拟

波浪在岛礁地形上传播的重要特征之一是波浪的破碎,为了研究近岸岛礁地形下波浪传播特性,本文采用基于Boussinesq方程的FUNWAVE1.0模型,对于二维岛礁地形上波浪的传播过程进行了数值计算,通过数值计算结果与物模实验结果的对比分析,研究了数值计算模型中波浪破碎模拟参数的取值,研究结果可为实际工程波浪破碎过程的模拟分析提供参考。     

LNG燃料船气罐连接处所内的泄漏试验及数值模拟研究

为明确现有液化天然气(LNG)燃料船气罐连接处所使用过程中需遵循的各项指标,对气罐连接处所内LNG泄漏进行了试验和数值模拟。试验以典型尺度等比不锈钢方盒为箱体,附带一个每小时换气30次的通风系统来模拟实际模型,LN2作为媒介,对气罐连接处所的安全性进行了测试,并基于挪威三维计算流体力学(CFD)软件FLACS对相关场景进行了仿真计算。试验发现在一般条件和恶劣条件泄漏时,现有的船用气罐连接处所内没有形成累积压力;当处所内低温液体液位达到0.3m时将气罐连接处所完全封闭,2分钟后处所内累积最大压力仅为0.0012MPa,不会对处所强度构成威胁,FLACS计算结果与试验结果完全吻合。采用FLACS软件对2分钟以后的场景进行了模拟分析,计算结果显示气罐连接处所在完全封堵下发生LNG泄漏的极限承载时间大约为4分钟。研究结果表明,现有的船用气罐连接处所设计时可忽略累积压力的影响,但考虑到极限条件存在,需对该处所进行评估,制定极限条件下的应急预案。     

不同喷油正时对双燃料发动机燃烧性能的影响

为了研究双燃料发动机缸内燃烧情况及其排放特性,本文以4135ACa型高速柴油机为基础研究对象,利用商用CFD软件FIRE对其进行一定燃气工况下的数值计算,通过导入CHEMKIN所构建的化学动力学机理与喷雾破碎、湍流流动等基础模型相结合,构建了发动机的三维工作过程,并分析了不同喷油策略对该工况下发动机燃烧及排放的影响。结果表明随着喷油提前角的减小,燃烧放热规律整体后移,缸内爆发压力与温度随喷油提前角减小而减小,但是瞬时放热率均大于纯柴油。在喷油提前角为4℃A BTDC时,缸内爆发压力接近纯柴油状态,NOx排放量与纯柴油工况相近,当喷油提前角为2℃A BTDC时,NOx排放满足要求,但缸内平均温度仍比纯柴油模式要高。     

LNG船与高桩码头碰撞的力学特性

基于有限元方法研究LNG船与高桩码头碰撞过程的受力特性,基于ANSYS/LS-DYNA软件建立LNG船和高桩码头的结构模型,数值仿真了不同撞击速度、撞击角度时LNG船与高桩码头的有效应力与撞击力,分析撞击过程结构的受力特性.针对撞击力,对比分析不同规范计算结果与软件计算结果,结果表明,《AASHTO桥梁船舶撞击设计指南》计算结果与软件计算结果吻合较好,实际中可采用该规范初步估算LNG船与高桩码头的撞击力.     

LNG船液舱晃荡数值模拟

为了研究船的液舱晃荡问题,基于CFD软件Fluent,计算、分析了LNG实船液舱内液体的三维晃荡特性.首先通过与试验数据的比较,验证了三维数值模型的正确性,分析了网格等要素对监测壁面压力的影响.其次通过数值模拟,分析了舱长变化对液体晃荡的影响,说明了三维研究的必要性.最后对LNG船的液舱晃荡进行了三维数值模拟.结果表明,数值计算模型可行,能准确揭示晃荡中的各种现象.     

二甲醚闪急沸腾喷雾的实验研究(英文)

The high-speed digital imaging technique is applied to observe the developing process of flash boiling spray of dimethyl ether at low ambient pressure, and the effects of nozzle opening pressure and nozzle hole diameter on the spray shape, spray tip penetration and spray angle during the injection are investigated. The experimental results show that the time when the vortex ring structure of flash boiling spray forms and its developing process are determined by the combined action of the bubble growth and breakup in the spray and the air drag on the leading end of spray; with the enhancement of nozzle opening pressure, the spray tip penetration increases and the spray angle decreases. The influence of nozzle hole diameter on the spray tip penetration is relatively complicated, the spray tip penetration is longer with a smaller nozzle hole diameter at the early stage of injection, while the situation is just opposite at the later stage of injection. This paper establishes that the variation of spray angle is consistent with that of nozzle hole diameter.     

液化天然气罐式集装箱水路运输试验及分析

为了评估液化天然气罐式集装箱水路运输安全性,我国开展了首次液化天然气罐式集装箱水路运输试验。试验观测了液化天然气罐式集装箱的压力、液位等变化情况。通过对此次试验观测到的现象及试验数据进行综合分析后,认为:液化天然气罐式集装箱在水路运输过程中,罐内压力缓慢增长、处于安全范围以内(罐内压力小于0.74 MPa),罐体未出现损坏、腐蚀、变形等现象。同时为了有效控制运输风险,提出了保障液化天然气罐式集装箱水路运输安全的相应建议。     

缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机燃烧特性

以L 21/31船用中速柴油机为原型,在不改变燃烧室结构的基础上将其改装成缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机,利用AVL_FIRE软件展开三维数值模拟,研究此双燃料发动机的LNG替代率极限以及高替代率时的缸内燃烧及排放性能。研究结果表明：改装后双燃料发动机的LNG替代率极限为99.5%,当替代率大于99.5%时,LNG无法被引燃;在可以正常燃烧条件下,保持引燃柴油及液化天然气喷射正时和喷射时间间隔不变,随着液化天然气替代率的增加,液化天然气燃烧始点基本不变,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度降低,NO、CO生成量和排放量降低。     

B型独立液货舱LNG船的温度场分布

本文以170000m3B型独立液货舱LNG船为研究对象,基于热力学方法,通过对液货舱传热模型合理简化和对流换热系数的数值迭代计算,针对该B型独立液货舱LNG船进行稳态温度场分析,依据温度场分布进行货舱区船体结构钢级选择,并进一步研究外界环境温度以及装载工况对整个货舱区船体温度场分布的影响,从而为B型独立液货舱以及类似LNG船液货舱结构设计提供指导。     

液化天然气B型独立液货舱结构低周疲劳研究

基于某B型独立液货舱为研究对象,开展液化天然气(LNG)船码头装卸货工况下的结构应力和温度场热应力分析,重点针对液货舱水平强框处连接节点计算其因装卸货受力和温度变化所引起的疲劳累积损伤。研究结果表明,部分研究疲劳节点由装卸货产生的低周疲劳损伤在整个结构疲劳累积损伤中的占比较大,对结构疲劳损伤起主导作用,需要在液货舱疲劳强度分析中予以重点关注。因此,对此类B型独立液货舱进行结构设计必须考虑低周疲劳的影响。     

LNG船液舱围护系统结构极限承载力研究

在船舶尺度和营运状态与传统条件发生很大变化的情况下,大型液化天然气船(LNG)液舱晃荡研究显得尤为重要。本文首先介绍了LNG船液舱围护系统的结构特点,然后以15.68万立方LNG船液舱围护系统结构为对象,采用非线性有限元方法计算其极限强度,并比较分析3种边界条件下的结果,最后用试验和解析公式验证本文方法是可行的,适用于工程设计。     

甲醇燃料在船用发动机上应用进展

甲醇在常温下是液态,方便储存和运输,对于船东而言,燃用甲醇燃料的船舶改造费用要远远低于燃用液化天然气和液化石油气,安全性方面,甲醇相对液化天然气和液化石油气要安全得多,甲醇在排放上也优于常规燃料,本文主要从甲醇燃料燃烧特性,排放状况、船舶布置情况对甲醇燃料的应用进展进行了介绍。。     

船舶除锈用水作业新工艺研究

船舶的内舱、外表面和甲板的除锈除漆是修船工程的重要环节。文章在总结传统除锈工艺的基础上,提出全面采用集超高压旋转水射流技术为核心的平面清洗器来应对各种表面的除锈作业。在250MPa、50L／min的水射流工况下,以40～60mm不变的最佳靶距和直径300mm的旋转纯水射流。同时采用专用执行机构和爬壁机器人作业,实现高质量、高效率、安全、环保的大面积表面除锈作业。这一用水作业的新工艺研究,将全面促进修船除漆工艺的技术进步。     

LNG燃料舱晃荡载荷数值分析

以某冷藏集装箱船的薄膜型液化天然气(LNG)燃料舱为例，考虑船舶运动与燃料舱内LNG晃荡的耦合作用，根据势流理论在时域内求解燃料舱内LNG的晃荡压力，将作用在舱壁的晃荡载荷分解为脉冲压力和非脉冲压力。将随时间变化的LNG脉冲压力作为虚拟的附加质量耦合船舶的运动，采用数值模拟的方法分析LNG燃料舱的晃荡压力。结果表明，当燃料舱距离船中较远、重心较高时晃荡压力大幅增加。研究成果对其他类型的LNG燃料舱晃荡压力的计算具有一定的参考意义。