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。     

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。     

极地船海水系统冰晶生长对换热器性能影响的相场模拟

文章根据极地环境下,船舶海水系统内冰晶生长的特点,分析不同无量纲过冷度下冰晶生长对换热器性能的影响,对其进行相场模拟,找出换热器的最佳工作区间。模拟结果表明,无量纲过冷度由0.3上升到0.6时,凝固潜热的释放越来越容易,冰晶与换热器的换热越来越充分,换热器的效率不断提升。但是当无量纲过冷度达到0.5和0.6时,冰晶的生长速度过快,在海水管道系统内形成冰堵,导致船舶换热器无法正常运行。综合考虑,应将无量纲过冷度控制在0.4附近,才能保证船舶换热器正常高效的运行。     

极地船螺旋波纹管换热器强化换热分析与优化

文章对极地船海水冷却系统的换热器强化换热进行研究,利用Fluent软件在湍流条件下从波纹深度、波纹宽度、螺纹间距3个方面对螺旋波纹管的综合强化因子(PEC)效能分析、摩擦系数、努塞尔数展开强化换热分析,并与水平直管的换热性能进行对比。最后利用MATLAB计算出最优结构参数,平均综合换热性能是水平直管的1. 63倍,研究结果为船舶领域的螺旋波纹强化管换热器提供了理论基础。     

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。     

水平弯管内浆体输送特性的数值模拟

为获得复杂地理条件下管道中固液浆体输送的流动特性及局部阻力损失特性,采用CFD方法建立数值模型,对直管、90°弯管、180°弯管、S形弯管内固液两相流动进行模拟,并将计算结果与文献中实验数据进行对比。结果表明,数值模型得到的计算值与实验值有良好的一致性,在弯管入口处高流速区域靠近管道内侧,沿着流动方向逐渐向管道外侧偏移,对于同一工况,管道局部阻力系数大小依次为180°弯管、S形弯管、90°弯管,且局部阻力系数随流速减小或浆体浓度增加而变大。     

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。     

含内腐蚀的船舶海水管道换管周期预测

文章针对船舶冷却系统的海水管道的主要失效原因——电化学腐蚀,以冷却系统中海水管道为研究对象,利用ANSYS软件分析了流速、腐蚀区域尺寸对含有电化学腐蚀的海水管道的剩余强度的影响,利用Origin得到各影响因素与最大等效应力的关系曲线图,计算了管道在各腐蚀深度下的失效压力,并选取经验公式对管道的剩余寿命进行预测,为管道的换管周期的确定提供一定的依据。结果表明,腐蚀深度和轴向长度对管道剩余强度的影响效果较为明显,在腐蚀深度达到管壁壁厚的40%时以及腐蚀轴向长度达到3.5 cm时,管道的等效应力变化速率非常快,因此,在对管道的日常检测维护中,应着重注意腐蚀的深度和轴向发展,以确保管道的正常运行,使船舶冷却水系统正常换热,从而保障船舶动力系统的正常运行。     

冰晶颗粒在极地船壳管式换热器海水管内的分布和融化特性的数值模拟研究

利用计算流体力学(CFD)方法,采用欧拉-欧拉模型和相间传热传质模型相耦合的数学模型,对冰晶颗粒在船舶壳管式换热器的单根海水管内的分布和融化情况进行研究。通过数值模拟分析冰晶在直管和U形管内的分布及融化情况。结果发现:冰晶颗粒主要集中于主流区,且主流区近壁面处比中心处多;相间传质率从壁面到主流区先增大后减小,沿流动方向逐渐增大,而对于U形管,在转弯的地方出现局部相间传质率增大。