船用锅炉给水再循环管路上的节流孔板设计与优化北大核心CSCD

船舶给水管路上节流孔板的过度限流,会引起管路产生剧烈的振动和噪声,极大地影响船用给水系统管路的安全运行。针对某大型船舶蒸汽动力系统试验中给水再循环管路上单级节流孔板汽蚀诱发管路剧烈振动和噪声的故障事例,根据管路汽蚀的理论评估方法,分析孔板汽蚀诱发管路振动的机理。采用CFD数值模拟手段研究给水再循环管路节流孔板流域的压降特性、湍流结构及温度场分布规律,验证并明晰给水再循环管路单级节流孔板下游发生的汽蚀现象。为规避孔板发生汽蚀现象,提出多级孔板减压限流的方法,基于阻塞压差的理论设计方法,结合多级节流孔板几何级数递减的设计原则,计算节流孔板的孔径、级数和厚度。该分析方法可用于指导船舶大压降给水系统管路多级节流孔板的结构设计和安全运行。     

船用锅炉给水再循环管路上的节流孔板设计与优化

船舶给水管路上节流孔板的过度限流,会引起管路产生剧烈的振动和噪声,极大地影响船用给水系统管路的安全运行。针对某大型船舶蒸汽动力系统试验中给水再循环管路上单级节流孔板汽蚀诱发管路剧烈振动和噪声的故障事例,根据管路汽蚀的理论评估方法,分析孔板汽蚀诱发管路振动的机理。采用CFD数值模拟手段研究给水再循环管路节流孔板流域的压降特性、湍流结构及温度场分布规律,验证并明晰给水再循环管路单级节流孔板下游发生的汽蚀现象。为规避孔板发生汽蚀现象,提出多级孔板减压限流的方法,基于阻塞压差的理论设计方法,结合多级节流孔板几何级数递减的设计原则,计算节流孔板的孔径、级数和厚度。该分析方法可用于指导船舶大压降给水系统管路多级节流孔板的结构设计和安全运行。     

基于多领域建模的船舶凝给水系统虚实映射方法北大核心CSCD

[目的]传统的建模分析方法难以对船舶凝给水系统进行有效的在线监测和状态评估,因此,有必要针对船舶凝给水系统全寿期开展精准有效的虚实映射方法研究。[方法]在多领域建模的基础上,将机理模型与多源数据相结合,运用多领域物理建模语言Modelica与MWorks系统仿真平台构建凝给水系统的数字孪生模型,融合在线及离线数据、数值计算、仿真分析等方法,评估船舶凝给水系统运行状态特性。[结果]所建立的模型可对凝给水系统进行全工况的动态特性分析,静态分析误差小于2%,动态响应趋势与实际运行一致。[结论]所提方法实现了凝给水系统物理实体与数字孪生模型的虚实映射,可以为船舶热力设备健康管理奠定基础。     

给水旁通管路节流调节空化现象二维数值模拟

本文利用FLUENT软件多相流模型中的混合模型对给水旁通节流调节空化现象进行了数值仿真计算,结果表明随着给水旁通管内介质流量的增加节流孔板后高温给水的空化现象越严重;当给水旁通管内介质流动达到某一临界值时节流孔板后高温给水几乎全部空化,随着管内压力的波动高温给水与水蒸气之间出现了瞬间的相互转化,这一转化过程造成了给水管路内壁的剥蚀及给水管路振动。     

船舶废汽管道单式轴向膨胀节模化方法及其热应力计算

为提高船舶高温高压大管径热力管道上膨胀节运行安全性,明晰大管径膨胀节的热应力变化特性,利用单式轴向膨胀节全结构等效模化方法,基于CEASAR程序计算不同载荷工况下船舶废汽管道及膨胀节热应力,判断废汽管道一次、二次应力满足运行要求且膨胀节轴向、横向热位移与试验数值基本吻合。通过管架的受力计算分析,提出了适用于实际船舶废汽管道管架的"主固定管架+次固定管架+导向管架+膨胀节"的耦合配管体系和膨胀节各向模态振动频谱,并得到了一种适用于船舶大管径废汽管道膨胀节及管架设计的验证方法。     

船舶开孔有限薄板横向弯曲振动问题研究

文章采用解析与数值计算结合的方法,基于经典薄板理论,研究了板内任意位置含一个圆孔的平板横向自由振动问题。以圆孔中心为原点建立坐标系,内边界条件精确满足,外边界条件近似满足,对于各种具有规则外边界的平板均能有效模拟。利用此计算方法分别验证了中心位置含圆孔的圆板与方板,并分析了圆孔偏心对板振动特性的影响。计算结果表明,板内孔洞的偏心将导致结构基频下降,且孔洞相对尺寸越大,偏心的影响程度就越大。     

偏心裂纹缺陷板的应力强度因子和极限拉伸强度分析

疲劳裂纹对船舶结构强度具有不可忽视的削弱作用,在过去的研究中,主要从断裂力学的角度对疲劳裂纹应力场进行分析,而对于静态裂纹板的极限强度的探讨相对较少.本文在有限元计算的基础上对具有偏心裂纹缺陷的矩形板的应力强度因子和极限拉伸强度进行了分析.对于偏心裂纹应力强度因子,在计算方法上有效地简化了文献[5]中提出的大单元有限元计算模型,并且用于分析裂纹偏心度对于应力强度因子的影响.对于偏心裂纹延性板,采用弹塑性有限元进行了大量的组合计算,分析了相对裂纹长度、材料屈强比和裂纹偏心度对板的拉伸极限强度的影响,并给出了方便计算的回归公式.该回归公式包含了多个参数对板的极限拉伸强度的影响,与实验结果吻合较好.     

考虑声辐射特性的船舶板架结构动力优化设计

提出了一种基于导纳法和遗传算法的船舶板架结构动力优化设计方法,将板架结构分解成由薄板与梁在相应连接节点处耦合的组合结构,利用其导纳公式推导出带有隔振系统的板架结构在任意位置简谐力激励下的弯曲振动响应,并与边界元法相结合,分析计算板架结构的声辐射特性。数值计算表明,只需取较少的耦合节点即可得到较好的计算精度,避免了大量的有限元计算。在此算法的基础上,使用遗传算法进行考虑声辐射特性的板架结构动力优化设计。为提高优化收敛速度,针对船舶板架结构的特点,选取纵桁和强横梁剖面惯性矩作为设计变量,减少了设计变量的个数,并建立满足构件剖面尺寸搭配关系要求的、经过优选的剖面尺寸方案库,便于获得满足约束条件的离散优化解。一个船舶板架结构的动力优化实例验证了方法的有效性。     

船舶板梁组合结构的振动分析

采用Ｍｉｎｄｌｉｎ板单元和参考轴杆单元,建立了考虑板剪切变形、骨架剪切变形和骨架偏心影响的船舶板梁组合结构振动分析模型,并研究比较了不同船舶板梁组合结构振动分析有限元模型的计算精度。最后通过对某舱室甲板固有频率计算值和实测值的比较,讨论了船舶局部结构振动分析中边界条件处理问题。     

基于PCL语言的船体剖面特性计算

船体剖面的中和轴与惯性矩等剖面特性值是船舶结构有限元分析过程中的常用参数。目前,大部分计算剖面特性的软件需要单独建立剖面模型,而不能直接基于已有的有限元模型进行计算。本文推导了倾斜板和骨材剖面自身惯性矩计算公式,并基于PCL语言编写直接从Patran模型数据库读取几何信息,计算船体剖面面积、中和轴高度和惯性矩的程序。程序考虑梁单元的偏心,能够智能识别纵向构件,自动侦测并剔除横向构件,对剖面特性变化大的部位也能够精确地计算出剖面特性值。     

不同侧支孔布置形式下的船舶系缆力数值模拟*

对于闸底长廊道侧支孔输水系统的水动力学研究,目前主要采用物理模型试验和现场原型观测方法,均需消耗大量的人力和物力;采用方便快捷且不受试验条件及尺度效应影响的数值计算方法的研究成果相对较少。通过闸室船舶系缆力数值模拟对不同侧支孔布置形式下输水系统水动力学特性进行系统性研究,总结分析其布置原则,可为船闸闸底长廊道侧支孔输水系统的设计和优化提供理论依据,并为类似工程提供借鉴,具有较重要的学术价值和实际意义。     

舰船密闭区域气密特性研究

舰船密闭区域是一种容积较大、结构复杂、内部空气需建立一定超压的特殊区域,设计要求密闭区应具有一定的气密性。采用圆管层流和孔板流2种流量计算公式推导了舰船密闭区域气密压降特性的2种表达式,表示了密闭区气密压降过程中压力和时间的变化关系,并通过了试验验证。介绍了密闭区流量平衡特性,推导出密闭区漏气量和超压的关系式。论述了圆管层流法和孔板流量法2种密闭区气密压降特性和流量平衡特性的参数转换方法,并进行了试验验证。结果表明,舰船密闭区域气密特性及其转换方法的研究,为密闭区域的气密性检验提供了技术基础。     

船舶起货机液压系统的可视化仿真

针对当前船舶液压系统科研和教学过程中传统实物设备的封装性、隐蔽性、抽象性不足等问题,提出并实现了一套模拟和再现液压系统整体工作场景和液压油流动特性的可视化仿真系统。运用纹理映射方法对管道内液压油的流体特性及形态进行模拟;运用数值方程对液压系统工作机制和液压油动力学规律进行模拟,成功地仿真了船舶起货机液压系统的工作过程,为船舶起货机液压系统的科学研究和教学训练提供了有效手段。     

船舶复杂曲板水火成形难度评价系统的开发及应用

为解决船舶外板划分缺乏依据导致曲板加工成形困难的问题，开发船舶复杂曲板水火成形难度评价系统，并将其应用于实际船舶板件划分中。基于灰色关联分析法建立船舶外板成形难度评价模型，计算得到影响因素权重系数矩阵和曲板难度系数矩阵。基于VB.NET平台开发船舶复杂曲板成形难度评价系统，使其能与船舶常用设计软件Tribon连接，快速得到不同曲板的型值数据等；设计该评价系统的功能模块，提供简单直接的可视化界面，使其能快速地计算出不同船舶外板的预计加工成形难度。该系统能计算不同类型曲板的成形难度，对船舶外板加工成形难度进行合理量化，为设计人员进行板件划分提供参考。     

船用增压锅炉雾化蒸汽减压装置

针对某型船用增压锅炉雾化蒸汽系统前后压差过大,易导致蒸汽压力调节器堵塞的问题,提出加装多级节流孔板减压装置的解决方案,并探索出一种适用于求解以微过热蒸汽为流动介质的三维多级节流孔板的数值模拟方法。通过对3种设计方案的流动特性和节流特性的比较得出:方案2的速度场和压力场的衰减符合流体运动规律,且在孔板进口压力不低于1.5 MPa时,可以保证雾化蒸汽的工作压力,为最佳的工程应用方案。同时,以方案2为设计依据,研制了1套节流孔板减压装置,并安装于某型船用增压锅炉雾化蒸汽系统上进行试验使用,试验结果与模拟结果的误差仅为5‰,证明了所述模拟方法的可靠性。     

船舶加筋舱壁的隔音性能数值分析模型研究

船舶加筋舱壁隔音性能数值分析误差较大,是隔音性能数值分析模型的主要弊端,对此设计船舶加筋舱壁隔音性能数值分析模型。基于非声源噪声级分析公式,确定加筋舱壁隔音性能算法,将舱壁强梁包围的加筋板转化为四周固定支撑的单向周期加筋板区,进行区域分析计算,最后结合FE-SEA混合法和VAone软件平台的周期子系统模块,实现加筋舱壁隔音性能数值分析模型的建立。实验结果显示,相比较传统隔音性能数值分析模型,单音频环境下,隔音性能数值分析模型数值误差降低0.02,多元素音频环境下,误差降低0.05可以证明分析模型可以有效降低误差,数值分析更准确。     

船舶构件腹板开孔的弹性失稳与加强效果

本文用有限元法对开孔薄板的弹性稳定性进行了研究。对于在压缩载荷和剪切载荷作用下开有不同尺度的圆孔或矩形圆孔薄板的稳定强度,作了系统的计算和分析,并研究了矩形板长宽比对开孔板稳定强度的影响。为增强薄板开孔后的稳定强度,文中选择了加强筋、加强围壁和加强围板三种加强形式,系统地计算了不同加强尺度下这三种形式的加强效果。本文所得的计算图表和分析结果可用于船舶纵桁、横梁的腹板及肋板开孔稳定强度设计。     

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。     

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。     

碾盘山船闸输水系统设计与试验研究

碾盘山船闸等级为Ⅲ级,最大设计水头14.2 m,属于中水头大型船闸,根据类似工程相关经验,船闸采用闸墙长廊道侧支孔分散输水系统,推荐阀门开启时间为6 min,输水系统以及阀门开启时间选用是否合理直接影响水流及船舶停泊条件。通过水力特性计算并结合1:15物理模型,对输水系统水力特性、廊道压力、闸室停泊条件进行分析。结果表明,碾盘山船闸采用闸墙长廊道侧支孔输水系统是合理的,设计的阀门开启时间下各项输水水力特征指标均能满足设计和规范要求。