船用柴油机排气冷却消声器流体与消声特性

为了降低船用柴油机排气噪声,并对废气进行冷却以降低红外辐射,实现红外隐身目的,要求在排气系统中安装排气冷却消声器。利用数值算法研究排气冷却消声器的气体流动特性、冷却效果、声学性能。首先利用有限体积法计算并分析了排气冷却消声器在冷却与不冷却时的空气动力性能,得到其阻力损失特性、冷却效果和温度场信息。在流体计算的基础上得到消声器温度场,然后采用声学有限元法计算并分析了排气冷却消声器在室温与高温冷却下的声学特性,将排气冷却消声器的左端共振腔体积减小,改变其共振频率从而改变消声器在低频时的声学性能。     

热辐射影响下磁流变阻尼器温升建模及试验

为提高磁流变阻尼器在海洋工程复杂环境下动力学性能,研究太阳热辐射对磁流变阻尼器表面温升影响。分析阻尼器的温升原理,结合磁场有限元仿真建立磁流变阻尼器内部做功与外部热辐射混合作用的表面温升模型,采用四阶Runge-Kutta方法求解方程;搭建以电阻式热电偶测量表面温度的阻尼动力学试验平台,并对影响温升的主要参数进行相关性分析。研究表明,所建温升模型和方法可用于预测阻尼器表面热辐射影响下实际温升状态;当表面温度60℃-85℃时,阻尼力衰减达10%-12%,3000s时间太阳热辐射导致温度升幅2.7%。长时间热辐射将对阻尼器减振性能产生较大影响,增大阻尼器缸筒有效面积和相对空气流速可降低表面温升。     

不同月池形状对钻井船附加阻力的影响

针对钻井船月池附加阻力,开展月池形状对钻井船附加阻力性能的影响研究。通过对不同形状月池内非定常流动特性的研究和钻井船附加阻力的对比分析,探讨月池形状对附加阻力的影响。经CFD分析可知,航行中的钻井船月池内的流体阻塞效应及漩涡运动导致附加阻力增加,优化月池形状和结构可有效降低月池内的波高和漩涡强度,改善航行性能。     

基于CFD的船用通风筒进风阻力数值模拟

为分析通风筒外形对进风阻力的影响,利用Fluent流体计算软件对菌型、橄榄型和矩型三种船用通风筒进行了数值模拟,通过对流场和风机吸风口表压的分析,矩型通风筒的进风阻力最小。进一步以矩型通风筒为研究对象,分析了风筒通径对进风阻力的影响,计算结果表明风筒通径增大可以有效减小进风阻力,但减阻效果逐渐减弱。     

提高柴油机排气消声器消声性能的试验研究

针对柴油机排气消声器，将流体计算软件用于阻力特性分析，并采用对试验件进行静态放声试验的方法，优化消声器的声学设计以提高消声效果。     

水管路消声器声学性能的时域计算及分析

将三维时域CFD方法应用于计算和分析水管路消声器的声学性能。对于直通穿孔管消声器与横流穿孔管消声器,在不考虑水的流动时,传递损失的时域CFD方法计算结果与频域有限元法计算结果吻合很好。时域CFD方法进而被用于研究流速对穿孔管消声器消声特性的影响。计算结果表明,介质流动增大了消声器的传递损失,特别是在高频区域;消声器的传递损失随流速的增加而增大。     

水管路消声器声学性能的时域计算及分析

将三维时域CFD方法应用于计算和分析水管路消声器的声学性能.对于直通穿孔管消声器与横流穿孔管消声器,在不考虑水的流动时,传递损失的时域CFD方法计算结果与频域有限元法计算结果吻合很好.时域CFD方法进而被用于研究流速对穿孔管消声器消声特性的影响.计算结果表明,介质流动增大了消声器的传递损失,特别是在高频区域;消声器的传递损失随流速的增加而增大.     

舰船纳米流体冷却液在间冷器中的应用

为探究舰船纳米流体冷却液在燃气轮机间冷器中的流动换热情况,制备SiO2-乙二醇/水(50/50)船用间冷系统纳米流体冷却液,研究纳米流体中颗粒的粒径分布、温度和颗粒质量分数对导热系数的影响.在此基础上,以WR-21船用燃气轮机的间冷器系统为例,建立流动传热耦合计算模型,采用Fluent软件对流道内部的流场进行数值模拟.分析不同工况下纳米流体对间冷器平均对流换热系数、温度分布和沿程阻力的影响.结果 表明,温度升高,纳米流体的导热系数增大,当质量分数为15％、温度为80℃时,纳米流体的导热系数相对基液提高15.5％;提高纳米流体的质量分数,液侧平均对流换热系数随之增大,气侧温度分布更加均匀;在全工况下,液侧平均对流换热系数最大提高57.9％.纳米流体冷却液对改善高压压气机进口气流温度分布的均匀性具有重要意义.同时,需综合考虑纳米流体沿程阻力增加对间冷器性能的影响.     

汽车空调箱内空气流动的数值模拟研究

建立了汽车空调箱的数学模型,与换热器的单体吹风实验结合,采用多孔介质模型计算了空气在蒸发器与暖风芯体间的压力降。通过分析换热器内部速度场、压力场,揭示了空气在空调箱内的流动特性。结果表明：由于蒸发器迎风面积较大,蒸发器侧的压力损失不高,而在暖风芯体处,由于通道扩张不充分,芯体处的速度场不均匀,流体在箱体边缘发生了回流,降低了芯体的换热效能。在出口处,存在较强涡流,是空调箱阻力的主要来源。     

基于CFD的船舶排气管系流场分析

为了解船舶排气管系的阻力及其流动特征,运用计算流体力学(CFD)中数值模拟和试验的方法,对排气管90°弯头和单扩张抗性排气消声器的流动特征进行数值模拟和试验,分析管系中的压力分布和速度分布,探讨部件阻力损失机理和变化规律,模拟结果和试验结果基本吻合。结果表明,CFD方法对船舶排气管系的流场分析具有可靠的预测性,可为降低船舶排气系统压力损失和船舶动力装置油耗提供依据。     

船舶进气系统进气特性的数值研究

采用三维数值模拟的方法,对某船舶进气系统整体气路进行求解,研究中考虑消音器、竖井、进气蜗壳等结构。采用定常方法研究百叶窗、滤清器、消音器等结构的阻力对进气系统的影响,结果表明所采用的模拟各结构阻力的方法是有效可行的。采用非定常的方法研究外界条件变化对进气系统进气能力的影响,并得到前后压差随测点位置和外界条件的变化规律。     

Application of dual reciprocity boundary element method to predict acoustic attenuation characteristics of marine engine exhaust silencers

In marine engine exhaust silencing systems, the presence of exhaust gas flow influences the sound propagation inside the systems and the acoustic attenuation performance of silencers. In order to investigate the effects of three-dimensional gas flow and acoustic damping on the acoustic attenuation characteristics of marine engine exhaust silencers, a dual reciprocity boundary element method （DRBEM） was developed. The acoustic governing equation in three-dimensional potential flow was derived first, and then the DRBEM numerical procedure is given. Compared to the conventional boundary element method （CBEM）, the DRBEM considers the second order terms of flow Mach number in the acoustic governing equation, so it is suitable for the cases with higher Mach number subsonic flow. For complex exhaust silencers, it is difficult to apply the single-domain boundary element method, so a substructure approach based on the dual reciprocity boundary element method is presented. The experiments for measuring transmission loss of silencers are conducted, and the experimental setup and measurements are explained. The transmission loss of a single expansion chamber silencer with extended inlet and outlet were predicted by DRBEM and compared with the measurements. The good agreements between predictions and measurements are observed, which demonstrated that the derived acoustic governing equation and the DRBEM numerical procedure in the present study are correct.     

船用滑油冷却器运行性能分析及流致振动研究

为研究船用滑油冷却器流致振动和微振磨损问题,清晰滑油冷却器易发生振动破损的薄弱部位。建立滑油冷却器壳侧及管侧的三维计算模型,采用流固耦合计算方法计算滑油冷却器壳侧滑油和管侧冷却水的耦合压力场、耦合流速场及耦合温度场,获得压力、流速、温度等关键运行参数的分布规律,基于管壳式换热器流致振动的诱发机理,揭示与流致振动密切相关的壳侧流体流动能量分布规律。由于滑油横向冲刷换热管束,促使壳侧流体掺混剧烈,导致壳侧流体压力场和速度场剧烈脉动,温度场不均匀分布,壳侧对流传热系数呈先降低再快速升高变化规律。根据滑油流动能量分布图谱,判定滑油冷却器进、出口区域的换热管束承受流致振动破损较为严重,其中进口区域换热管承受流致振动破损最严重。     

一体化反应堆直流蒸汽发生器流动不稳定性研究

一体化反应堆结构紧凑、安全性高,在中小型反应堆的发展中具有很大优势。一体化反应堆中通常采用套管式直流蒸汽发生器(OTSG),传热管是套管结构,采用双面传热,换热能力强,但套管内存在单相区,汽水两相区和过热区,传热情况复杂,在反应堆启动、停止或低功率运行时容易产生两相流动不稳定现象。文章采用RELAP5程序,针对某陆用反应堆套管式直流蒸汽发生器建立了集总参数分析的模型,研究了系统压力、入口过冷度、入口节流等参数对流动不稳定性的影响。计算结果表明:增大系统压力,提高入口过冷度,在一定条件下增加入口节流均有利于系统的稳定。文章是对一体化反应堆直流蒸汽发生器流动性研究,对船用反应堆的直流蒸汽发生器流动性研究同样具有参考意义。     

船后喷水推进器水下辐射噪声源脉动流场的数值计算

为避免尺度效应对噪声性能的影响,文章研究探索了在实尺度条件下装船后喷水推进器噪声声源的数值计算方法。首先,基于分离涡模型对国外某喷水推进泵内部非定常流场进行了数值模拟,将计算得到的不同转速下泵的功率值与厂商提供数据进行对比,最大误差在2.0%以内,验证了数值计算方法的准确性和有效性。其次,完成了实尺度条件下某"船体+喷水推进泵+进水流道"系统带自由液面的非定常流场的数值计算。提取了实船条件下喷水推进器流道进口处的不均匀速度场,将其加载到单个喷水推进器数值计算模型的进口边界。进而,采用分离涡模型对该船后"喷水推进泵+进水流道"内部非定常流场脉动压力进行数值计算,分析了各个特征截面压力脉动的频域特性,为下一步准确计算喷水推进器噪声提供了有效的脉动流场信息。     

不同进出口接管方案下自流冷却系统的特性试验研究

针对自流冷却系统的应用背景,采用缩比原理性试验,对进出口接管形式进行优选试验研究.研究发现进出口接管形式影响着系统的自流特性,矩形过渡的进口接管其自流特性好,垂直圆扩的出口形式不利于自流.进出口接管组合方案一下系统自流特性最好.进出口接管的相对静压差-相对速度特性曲线是其固有水力特性.自流回路的自流流量随着流动阻力的增加而降低,且降低率越来越少.最终根据试验结果优选了进出口接管方案,为自流冷却系统的设计提供了依据.     

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。     

基于PumpLinx的鱼雷齿轮泵内部流场及流量特性的仿真分析

为研究转速与流体介质对齿轮泵性能的影响,运用PumpLinx软件对齿轮泵内部流场及其流量进行瞬态仿真分析,并与试验数据进行对比,分析转速与流体介质对齿轮泵内部压力场及输出特性的影响。数值结果表明:齿轮泵平均流量与试验数据吻合较好,入口流量随时间呈锯齿状波动,出口流量则呈波浪状的较小波动,而且流量脉动率随转速的增大而减小;齿轮泵内压力从低压腔呈阶梯状向高压腔过渡,且入口易因超低压而出现空化现象,导致其压力脉动率高于出口。此外,流体介质为水时的流量脉动率略低于油。研究结果为降低鱼雷齿轮泵的振动和噪声等危害提供了理论指导。     

入口唇角对喷水管道流动性能影响的数值分析

应用CFD技术对平进口式喷水推进系统的三维流动进行了数值模拟。从进水管道流动损失、出流品质和管内压力分布等方面性能出发,对比分析5种不同管道入口唇角线型方案对管道流动性能的影响。数值分析结果表明,进水管道入口唇角位置适当靠前且唇缘相对尖锐有利于改善进水管道的流动性能。