冰水两相流对海水管道冲蚀磨损特性数值模拟

针对海冰对海水管道的冲蚀磨损问题,利用fluent中的湍流模型、离散相模型、冲蚀磨损模型对水平直管和90°弯管进行冰水两相流数值模拟,分析在不同水流流速、颗粒质量流量、颗粒直径、冲蚀角度条件下管道的磨损特性。计算结果表明,冰颗粒质量流量增加使直管和弯管磨损增大;随着颗粒直径的增加,直管的磨损增大,弯管的磨损减小;弯管磨损最严重的位置发生在弯管转角处和下游管路的壁面处,而水平直管的上下部均有磨损。     

人字闸门支枕垫块冲蚀分布规律

为研究人字闸门支枕垫块表面冲蚀分布规律,截取部分支枕垫块模型,进行模型简化,对比分析不同粒径、质量流量、上游水压对支枕垫块冲蚀分布的影响.结果表明,人字闸门枕垫块磨损快于支垫块磨损,较大粒径沙粒冲蚀区域主要在上游缝隙入口处,中等粒径沙粒冲蚀区域分布较为均匀,较小粒径沙粒冲蚀区域主要在下游缝隙出口处;沙粒粒径对支枕垫块磨...     

细水雾典型参数对舰船卧式排烟降温的数值模拟分析

为了掌握细水雾对舰船排烟管道内烟气和管壁降温作用的机理和特性,提升舰船红外隐身能力,利用数值仿真技术对一舰船卧式排烟管道内细水雾系统的水雾颗粒粒径、流量、雾锥角,以及喷头出口流速对烟气和排烟管道壁面的降温影响进行比较,分析水雾系统各参数变化对排烟管道内烟气和管壁降温能力的改变程度,确定排烟管道出口的排烟温度与入口烟气速度、入口烟气温度、细水雾颗粒粒径、细水雾流量与烟气流量的比值以及细水雾速度相关,构建涵盖各主要影响参数的排烟管道出口烟气和管壁温降表征关系式,比较理论计算与数值模拟结果,验证关系式的正确性。     

湍流作用下颗粒旋转对海水管道的冲蚀磨损过程分析

为了进一步准确预测海水管道携沙的冲蚀磨损,分析了湍流作用下颗粒旋转的冲蚀磨损过程。基于计算流体力学与冲蚀磨损理论,建立了颗粒旋转的数学模型。首先验证了双向耦合对流场的影响,计算了不同冲蚀磨损模型在考虑颗粒旋转条件下的磨损率,讨论了斯托克斯数对磨损位置的影响,分析在考虑颗粒旋转时下不同流速下冲蚀磨损过程。结果表明:考虑颗粒旋转条件下,颗粒在弯头处的运动轨迹发生明显改变,一部分颗粒在惯性力的驱动下直接冲击弯头,另一部分颗粒与弯头产生碰撞后在旋转升力的作用下环绕管壁运动,使得颗粒与壁面碰撞次数增多,颗粒获得充分发展,管道最大磨损率上升。     

推力轴承RC装置的数值模拟

RC(Resonance Changer)装置等效动力参数的计算是RC装置结构设计的基础,影响RC装置对舰船推进轴系的纵向减振效果。本文首先建立RC装置液压系统的仿真模型,通过UDF(User Defined Function)程序定义液压油的可压缩性、压力波在液压油中的传播速度和入口压力边界条件,使用CFD软件求解出模型的入口质量流量速率,并与采用等效动力参数公式进行理论计算得到的入口质量流量速率对比,分析两者之间产生差别的原因,对RC装置的结构设计具有指导意义。     

船舶废气固体颗粒在捕集器中的流动沉积特性

颗粒捕集器广泛应用于船舶尾气处理领域，经常出现内部堵塞共性难题。采用数值模拟方法对固体颗粒在微通道内的流动与沉积过程进行计算与分析，发现流动速度与颗粒尺寸对于固体颗粒在通道内的流动与沉积特性具有重要影响。研究结果表明：随着船舶废气流动速度的增加，颗粒沉积位置由入口区域逐渐向远离入口500 mm的区域聚集；流动速度较小时，随着颗粒尺寸增加，沉积位置逐渐远离通道入口，而当流动速度较大时，随着颗粒尺寸增加，沉积位置逐渐靠近通道入口。     

内河水沙冲蚀条件下港口钢构件涂层损伤劣化的图像识别方法*

为探究内河港口码头钢构件在水沙冲蚀条件下防腐涂层的损伤劣化规律,通过自制的水沙加速冲蚀磨损装置开展不同冲蚀条件下涂层材料损伤劣化的试验研究,基于图像识别技术对冲蚀损伤后的涂层表面形貌进行数字化和二值化特征提取,设定区分像素孔隙的灰度阈值,用以定量分析涂层表面破坏形式和损伤劣化面积。结果表明：当来流角度呈45°时,涂层损伤劣化最严重且表面凹坑比和划痕比大致相同,涂层损伤劣化面积随来流速度的增大呈指数扩大趋势;当含沙量低于45 kg/m3时,含沙量的增大对涂层损伤劣化有促进作用,但当超过45 kg/m3后反而降低了涂层损伤劣化速率,实现了在无损情况下对内河水沙冲蚀条件下钢构件涂层的损伤劣化规律分析。     

泥沙颗粒对UHMWPE材料水润滑性能的影响规律

为研究船舶水润滑尾轴承材料超高分子量聚乙烯（UHMWPE）在含沙水质下的摩擦学性能,利用 CBZ-1摩擦磨损试验机进行试验。结果表明：在水润滑条件下,泥沙对试验材料的摩擦学性能有很大的影响,并且泥沙浓度对材料摩擦性能的影响大于泥沙粒度;材料的摩擦性能随着泥沙浓度的增加逐渐下降;泥沙粒度影响着摩擦副间的切应力和沙粒进入摩擦副间隙的难易程度。在泥沙粒度48μm/浓度1.2%的环境下,材料具有更加恶劣的摩擦学性能。适当提高滑动速度会加强摩擦副的润滑性能,但过高的速度会使泥沙颗粒严重破坏磨损表面;材料的摩擦性能随载荷的增大而逐渐恶化,在高载工况下的磨损机制主要是磨粒磨损和黏着磨损。     

船舶管道过滤器过滤特性的数值模拟

为了研究过滤速度和颗粒流量对船舶管道过滤器的过滤器进出口压差和过滤效率的影响,针对不同工况条件,运用计算流体力学中DPM离散相模型对过滤颗粒和边界条件进行设置,对过滤器内部压力场、速度场和颗粒流进行了数值模拟计算,并与试验结果进行对比。结果表明,仿真结果与试验结果吻合度较高,过滤器的进出口压差随着水流流速的增加而增加,过滤器最佳过滤速度应控制在1.8 m/s左右;过滤器滤网与出水口接管处速度波动最大;在0.0001kg/s的颗粒流量下,过滤效率最高为60.22%;过滤效率随水流流速、颗粒流量的增加而增加,过滤效率增加效果不明显。     

冲蚀角对高铬铸铁抗泥沙磨损性能影响的实验研究

介绍了高铬铸铁主要成分,观察了组织特征,测定了ZG35SiMn、铸态高铬铸铁、淬火＋回火态高铬铸铁的硬度,进行了ZG35SiMn、铸态高铬铸铁、淬火回火态高铬铸铁的不同冲蚀角度泥沙磨损实验,结合不同冲蚀角泥沙磨损实验结果,分析了冲蚀角度对ZG35SiMn、高铬铸铁材料抗泥沙磨损性能的影响,通过泥沙磨损形貌的观察和分析,探讨了不同材料的磨损机理。     

电阻层析液固两相流传感器抗冲蚀磨损特性研究

挖泥船浓度测量设备的有效性对施工效率提升具有很大促进作用,其测量精确性是实现智能挖泥的关键技术节点之一。电阻层析扫描成像技术为解决这一问题提供了方案,但传感器会受到冲蚀磨损影响使用寿命,也会造成安全隐患。本文以颗粒动力学为基础对传感器冲蚀磨损特性进行了CFD数值模拟,并和相关文献中的试验数据进行了对比。结果表明,在传感器内均存在最大磨损位置点,传感器材料的硬度值对最大磨损率影响较大,并呈现先增大后稳定的趋势。通过颗粒物与管道间碰撞过程来进行动量互换,颗粒物性、流速直接与最大磨损位置和数值相关联。壁面的最大剪切应力与颗粒物的物性相关,与管道材料及流速关联不大。     

海水-冰晶两相流非等温流动及传热研究

船舶在冰区航行时,存在冰晶颗粒混合海水流入船舶冷却系统现象。基于颗粒动力学理论,建立适用于海水-冰晶两相流的欧拉-欧拉双流体模型,耦合相间传热传质模型对海水-冰晶两相流在水平直管内流动及传热特性数值模拟。研究表明,冰晶颗粒流动过程中,在管道上部位置R=8~10mm处冰晶体积分数达到最大值,且随着速度增加而增大;当入口含冰率(IPF)为4%时,冰晶速度的最大值出现在管道中心轴线上方。当入口速度为1.0~3.0 m·s-1,含冰率4%~30%时,局部传热系数随入口速度及含冰率增大而增加。     

湍流模型对弯管磨损计算的影响分析

[目的]弯管是船舶管路系统中的常见部件,为准确预测弯管内部的磨损情况,[方法]采用数值模拟方法对弯管内部的流场进行计算分析,主要从湍流模型对弯管流场计算的影响以及湍流模型对弯管处冲蚀磨损计算的影响这2个方面,对弯管内固、液两相流的磨损预测方法进行深入研究。[结果]结果表明:SST k-ω湍流模型结合Oka磨损模型可以较准确地计算弯管处的冲蚀磨损速率;湍流模型会给磨损计算带来显著影响,不仅影响最终磨损计算的数值大小,同时还会给预测的相对磨损分布情况带来明显差异。[结论]研究成果可为后续管路磨损预测的工程应用提供相关依据。     

超临界LNG在新型船用换热器冷通道内流动换热特性研究

本文在新型换热器冷通道内,对超临界状态下LNG的对流换热过程进行数值模拟,分别研究入口温度、入口质量流量和壁面热流密度对超临界甲烷流动与换热特性的影响,提出一种在直通道中加入凹槽结构的强化换热模型。首先采用Ansys Space Claim对换热通道进行几何建模,再使用Siemens STAR-CCM+仿真软件对模型进行网格划分和求解。研究发现：局部对流换热系数随着入口温度的升高有所降低,努塞尔数变化趋势与局部对流换热系数变化趋势大致相同,在斜通道内,超临界LNG具有更好的换热性能;当通道入口质量流量和壁面热流密度增加时,局部对流换热系数也随之增大;凹槽结构对换热器换热性能有较大的提升,对综合性能的提升较小。     

极地船蝶阀及管道内不同开度下海水—冰晶两相流流场特性及冲蚀数值模拟

文章以极地船海水冷却系统中的蝶阀及管道为研究对象,在Fluent平台上采用RNG k-ε湍流模型及DPM模型,计算得到了海水—冰晶两相流在蝶阀管道中的流场特性及冲蚀磨损,并选取3个有代表性的蝶阀开度即30°、60°和90°的计算结果进行对比。研究结果发现:蝶阀的开度越大,流场越稳定。各开度下阀板前、后缘与管壁间都存在2个高速区,且阀板前后压差随开度增大而减小,阀板后存在负压区域,涡流现象随开度增大逐渐消失。此外,蝶阀开度越大,蝶阀受到冰晶颗粒的冲蚀磨损越小,最大冲蚀速率也随之减小。研究还得到了蝶阀管道受冲蚀磨损较严重的位置,为船用蝶阀在不同工况下提供科学预测和参考。     

带入口旋流器的文丘利调风器出口冷态流场中液相流动的数值模拟

首先采用随机颗粒轨道模型对特定入口旋流器宽度下炉膛内不同粒径油滴的轨迹进行模拟 ,然后选取典型颗粒 ,进一步模拟了它在不同入口旋流器材宽度下的轨迹 ,并进行了比较分析 ,得出一定规律。这一工作为进一步的热态模拟奠定了基础     

耙吸式挖泥船耙齿的泥浆冲蚀腐蚀磨损机制分析

在耙吸式挖泥船耙齿工作观察到泥浆冲蚀腐蚀磨损现象。耙齿表面承受田砂土，砾石和海水组成的泥浆的冲击。在光学和电子金相显微镜观察到凹坑和托尾状沟槽以及带有网状裂纹的氧化膜。本文提出了耙齿表面在冲蚀和腐蚀同时作用下而磨耗的模式，分析了材料因素对冲蚀腐蚀抗力的影响，说明了表面磨损形貌特征的形成过程。     

邮轮管路系统两相流流动特性仿真分析

针对邮轮在极地航行时海水冷却管路系统发生冰堵的问题,基于颗粒动力学理论建立欧拉-欧拉双流体模型耦合相间传质模型,通过实验法和FLUENT数值仿真对比分析两相流流经水平圆管时入口流速和入口含冰率对两相流流态的影响。实验观测与仿真结果表明,海冰移动床的堆积是导致管路发生冰堵的主要因素;提高管道入口两相流速度有利于减弱冰晶颗粒在管道内部的非均匀分布状态,减少移动冰床的堆积;随着入口含冰率的增大,冰晶沿管道截面速度的不对称性分布随之减小,海冰速度场沿管道横截面呈现对称分布。     

海水-冰晶在极地船换热器中的相变模拟研究

近年来,随着北极海冰面积的减少,为商船在北极的通航提供了条件。与传统通道不同,北极航道存在大量的冰区,在通航时,冰粒可能与海水一起进入极地船的海水冷却系统。在本研究中,用欧拉-欧拉多相模型和相间传热传质模型研究壳管式换热器直管和U管中海水冰晶的固液两相流和相变特性。得出在直管中冰晶颗粒主要集中在主流区,流动模式为悬浮,并且随着入口速度的增加,冰晶颗粒的融化特性加强。在U管中,由于离心力的作用,管角内壁附近的海水和冰晶颗粒会流向外壁,并随着速度的增加,效果更加明显。在进口速度相同的情况下,U管中有更多的冰粒融化,并且融化的冰晶颗粒量随入口速度的增加而增加。     

舰船细水雾红外隐身技术及其试验研究

在物体表面喷洒水雾是有效降低红外辐射强度的途径,利用细水雾粒子的吸收、散射、水膜覆盖作用,可以有效衰减红外辐射强度。细水雾特有的相变和水膜流动特性已在工程中逐步得到应用。通过介绍舰船细水雾红外隐身技术的原理、国内外研究现状,讨论细水雾的分类、产生的原理以及常见的几种雾化喷嘴,并在此基础上定性分析雾滴粒径、雾滴浓度、水雾厚度、水膜厚度和水流速度等对隐身效果的影响。试验研究表明：细水雾的雾滴直径、雾滴浓度、水雾厚度、水膜厚度和水流速度对物体表面的红外遮蔽和降低影响较大;不同结构型式的喷嘴其雾滴粒径、雾滴浓度、水雾厚度、水膜厚度和水流速度等差别很大,对降低红外辐射的效果也各不相同;虽然供水压力和流量对水雾的形成有影响,但对低压细水雾而言,当压力和流量达到一定值时,细水雾对降低红外辐射强度的作用并不明显。