柴油机舷侧排气喷淋流动及传热模拟

[目的]为解决船用柴油机舷侧排气喷淋装置的降温效果评估问题,[方法]应用Mixture多相流模型和蒸发—冷凝模型,对排气管内喷淋的流动和传热过程进行数值模拟,得到并分析不同冷却水量比下排气温度场分布、排气管截面平均温度的沿程变化规律以及压力损失。[结果]研究结果表明:喷淋条件下,由于水的挤压和水—气传热传质,排气管内的高温核心区呈锥形,随着冷却流量比的增大,排气高温核心区的范围逐渐缩小;从无量纲沿程距离0.1～0.4,排气管截面平均温度急剧下降,之后排气管截面平均温度变化趋缓;总压损失与冷却流量比呈现非单调关系,对排气阻力的影响较小。[结论]研究结果可为舷侧排气喷淋装置的优化设计提供定量支撑。     

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。     

6缸柴油机改用单排气总管的模拟计算与实验研究

某车用柴油机改型为船用,排气管相应地由风冷改成水冷。本文对原机进行了模拟计算和实验校核。在此基础上,对改用水冷单排气总管的机型进行模拟计算,对排气管结构,进、排气阀正时对柴油机运行的影响进行了分析。实验研究表明：采用单排气总管增压系统,新的机型能够满足功率要求,在低工况下燃油经济也较好。     

蒸汽流冷却水喷雾掺混蒸发过程一维数值模拟

通过分析高温水蒸汽流中冷却水喷雾液滴的蒸发和液滴与蒸汽流之间的掺混过程,建立描述蒸汽流动和液滴运动变化的数学物理模型。基于欧拉拉格朗日方法和SIMPLE算法设计了一维程序进行仿真计算,获得了试验器中蒸汽相压力、温度、速度的分布及冷却水喷雾液滴的粒径、速度、温度的变化过程。针对不同的冷却水喷嘴结构和工况参数进行一维仿真计算,得到各参数对掺混蒸发过程的影响,为合理控制蒸汽流冷却过程提供指导。     

两相流排气压力脉动的实验研究分析

本文对特种发动机一摆盘式发动机排气管内气液相流脉动状态进行了实验研究，概述了其实验过程，并对试验结果，典型图谱作了分析。其中，着重讨论了摆盘机排气系统的特点，冷却水对排气状态的影响，以及排气压力脉动与发动机振动和水下排气噪声的关系。     

潜艇排气集水箱内部流场及温度场的数值模拟

常规潜艇通常在通气管状态航行时进行充电,排气集水箱的应用可以有效防止海水倒灌进柴油机.本文对某型排气集水箱建立了三维数值模型,对其内部流场及温度场进行了数值模拟,得到了内部流场、温度场和压力场的分布,并分析了细管长度对内部温度和压力变化的影响.结果表明,内部气流的回流及旋转有利于降低排气噪声;冷却水的流动可以起到很好的降温效果;适当缩短内部细管的长度可以增强冷却降温效果,使温降从48.3 K提高到了68 K.     

船用柴油机冷却水CFD分析及沸腾传热研究

针对高强化发动机的热负荷问题,寻求适当的冷却水量、压力及合理的流场分布是柴油机冷却水腔设计的重要一环。本文以某船用柴油机气缸盖-气缸套冷却水腔为研究对象,通过冷却系统一维仿真得出边界条件,利用FLUENT软件对冷却水腔的冷却水流场进行数值模拟。通过对三维流场的分析,对水腔的压力损失、流场分布给出了恰当的评估并指出了流动优化的方向。为研究发动机冷却水腔内存在的过冷沸腾传热现象,借助于空泡份额(单位容积中气泡所占的百分比)的概念,提出和建立了一种基于单相流的沸腾传热计算方法。     

涡轮增压柴油机排气系统的最优化

本文提出广义一维非定常流动计算模型,以计算排气管系中的气体流动。该模型考虑了分支质量添加的效应,使多缸机的计算得以简化。应用热力学第二定律对排气能量传递和转化进行分析,提出以(火用)差函数作为排气有用能的评价参数。最后建立了排气管系优化模型,以排气有用能传递效率为优化目标,利用工作过程计算得出了目标函数和结构参数之间的离散型函数关系,进行参数寻优。文中还介绍了根据以上方法进行结构优化设计所得到的试验结果。     

流动冷却水对船舶管路的冲刷加速腐蚀机理

为研究船舶冷却水管路流动冲蚀失效过程,明晰冷却水管路易发生腐蚀破损的薄弱部位,建立船舶冷却水系统管路数理模型,采用基于CFD数值模拟的方法研究冷却水管路系统压力场和流速场运行特性,结合引发流动冷却水冲蚀管道的机理,得到弯头、三通管等易损部位的流速、湍动能、剪切应力和压力的参数分布。分析冷却水管路内流场,判定三通管流出支管易遭受冲击腐蚀和冲刷腐蚀,三通管焊缝区域易遭受空泡腐蚀,弯管中游靠内壁区域受冲击腐蚀、冲刷腐蚀和空泡腐蚀。     

高压空气复杂管网系统水舱吹除仿真研究

针对高压空气吹除水舱时剧烈气液混合流动,难以准确计算出其内部复杂流态下舱壁压力与完成吹除的所需时间,本文提出基于MPCCI平台进行一维管网和三维水舱耦合联合的仿真方法。首先建立高压空气吹除水舱数学模型,并运用Flowmaster软件对水舱吹除提供并分配动力的整个管网系统进行建模与仿真,得到各工况下管网内各节点处的压力、质量流量等参数;然后运用MpCCI平台实现Flowmaster和Fluent的联合仿真,对高压空气吹除系统进行一维管网和三维水舱耦合仿真分析,实现了吹除系统的多舱、动态和耦合的求解,得到多舱同时吹除过程中水舱中气-液混合现象、壁面压力变化及水舱排水速率等。最后对一维仿真结果与一维-三维耦合联立仿真结果进行对比,得到的水舱出口排水速率曲线有着较好的一致性。     

基于Fluent的滑阀阀口流动特性仿真分析

运用流场仿真软件Fluent对滑阀阀口流道进行了流动特性的仿真分析,研究了不同沉割槽尺寸、开度下的压力分布截面图、速度分布截面图和三维流线图,以减小阀口在启、闭过程中的不利影响因素。     

柴油机水下排气海水倒灌现象的理论分析

柴油机水下排气时存在海水由排气管倒灌入柴油机进而导致柴油机严重损坏的风险。通过分析管内气液两相逆向流动特性和国内外相关研究成果,指出水下排气管内海水倒流的物理机制,并给出了基于Wallis无因次气相速度的水下排气管海水倒流判断准则。进而以某柴油机排气参数为基础,计算分析了排气管管径、排气口水位深度及排气温度等因素对管内倒流界限气速的影响,所得结果对水下排气柴油机防止海水倒灌具有指导意义。     

考虑转捩的某高速船用汽油机排气管流固热耦合分析

针对某高速船用汽油机原排气管在热冲击试验中的开裂问题,在增加排气管冷却水套的基础上,采用流固热耦合分析方法对排气管进行换热和热应力分析,并在此基础上,研究不同湍流模式和转捩对复杂流场流动与换热的影响。结果表明,不同湍流模型的温度计算结果和试验数据的吻合度均较好,证实了计算模型的准确性,而排气管的开裂系热应力过高所致,通过增加冷却水套可以解决排气管开裂问题;选用合适的湍流模型并考虑转捩影响,可以更加准确地判断分离点位置,提高复杂流场的数值模拟精度。     

高速巡逻船湿式排气系统设计

船上柴油机的排气管按照废气是否与冷却水混合排出而分为干式排气和湿式排气.干式排气不仅容易熏黑船体外板和甲板设备,且排气管路温度较高(可达到400～600℃),噪声污染也较严重;湿式排气则具有排气温度低(40～60℃)、自重轻和噪声低等优点,其绿色环保适用于那些注重外观且机舱空间紧凑,对设备重量敏感、对噪声和红外辐射要求较高的高速船(如巡逻船、游艇等).该文介绍了高速船主机湿式排气系统(冷却水与柴油机废气混合)的布置方案、设计方法以及在布置安装时需注意的问题,对民用高速船的设计有借鉴作用.     

含湿氢氧掺混燃烧过程的三维数值模拟

通过三维数值模拟研究含湿氢氧燃烧和冷却水喷雾掺混蒸发过程,采用k-ε湍流模型及EBU湍流燃烧模型进行气相各物理场计算,利用离散相模型计算冷却水喷雾液滴蒸发过程,基于上述模型对燃烧器中掺混燃烧过程进行三维仿真计算。经过计算,得到燃烧器中各物理量分布和冷却水液滴运动蒸发过程。针对不同的入口含湿工况和冷却水掺混工况进行仿真计算,得到各参数对燃烧火焰结构和流场的影响。     

不同冷却方式对大尺寸钢板感应加热成形的影响

为有效解决船用中厚钢板复杂曲面加工问题,研究空气冷却(空冷)、正面水冷和反面水冷方式对大尺寸钢板弯曲成形的影响因素。首先采用COMSOL Multiphysics仿真平台模拟电磁感应加热和冷却变形多物理场同步耦合过程,然后分析各种因素对大尺寸钢板弯曲成形的影响,最后通过试验验证有限元模型的可靠性,并对感应加热弯曲成形效果进行评估。结果表明:相对于水冷,空气冷却对钢板Y向位移改变效果显著;相对于空气冷却,水冷对钢板角位移的改变影响明显;当频率为50 k Hz时,电流频率对表面温度和角位移影响显著;当钢板长宽比不小于1∶2时,Y向位移的增加比较显著;当长宽比约为1∶1时,角位移的改变比较明显。     

柴油机耐压排气管段材料优选及结构优化设计分析

考虑到在保证耐压排气管段的承压能力和耐腐蚀性能的前提下尽可能降低管段的重量是潜艇柴油机排气系统耐压管段材料优选及结构优化设计的主要目标,针对多种材料配套体系和多结构设计方案,用有限元计算方法对耐压排气管段的强度分布及稳定性进行计算分析,提出材料优选和结构优化设计方案,形成柴油机排气系统耐压管段材料优选和结构优化设计准则。     

增压二冲程柴油机排气脉冲的计算方法

本文的目的是在发动机的設計阶段,给出一种簡便可靠的方法,計算出廢气渦輪前周期变化的气体压力和温度,以作为脉冲廢气渦輪設計工况选择的依据。文中对柴油机脉冲增压系排气管中排气脉冲的形成过程作了簡单明确的說明。从二冲程柴油机的特点出发,在分析了实驗資料后,认为在二冲程大、中型柴油机上;在大部分的时間段内,排气管中各处的压力在同一时刻是相同的,和它只是时間的函数。这样,現象可視为充填和排空排气管容积的过程。同时又认識到温度不仅是压力的函数,而且很大程度上决定于气流层的位移,在排气管有分枝的場合下,排气管中分成了两个不同的温度区。在計算方法中也考虑了在排气脉冲形成的开始阶段排气系统中气体状态变化的傳播对气体状态的影响。基于这些认识,由格拉高列夫基本方程式和确定混合气体状态的方程式,經过一系列具体的处理和推演,得到了計算公式。公式中的一些特定項被归納为特定函数,并预先作成通用的图表。由公式用逐段积分法列表计算可以很方便地求出廢气渦輪前排气管中气体的压力变化和温度变化,可以作为脉冲廢气渦輪設計的依据。文中并对3EDZ43/67柴油机进行了计算,計算結果与实驗結果的比较表明误差很小,本計算方法在工程上是有实际参考价值的。     

碟式分离机罩壳冷却结构仿真优化

对碟式分离机罩壳冷却结构进行研究,以理论分析为基础,采用有限元软件进行数值模拟仿真计算,分别对转鼓与罩壳之间腔体和机身机盖内夹层冷却结构进行建模;以实际工况为边界条件,对其内部空气和水的流动进行热流场仿真计算,得到温度、速度矢量以及压力等分布云图。试验结果表明:该研究方法可有效指导碟式分离机罩壳冷却结构设计。     

不同冷却方式对大尺寸钢板感应加热成形的影响

为有效解决船用中厚钢板复杂曲面加工问题,本文探究了空气冷却、正面水冷和反面水冷方式对大尺寸钢板弯曲成型的影响因素。首先采用COMSOL Multiphysics仿真平台模拟了电磁感应加热和冷却变形多物理场同步耦合过程,然后分析了各种因素对大尺寸钢板弯曲成型影响,最后通过实验验证了有限元模型的可靠性,并对感应加热弯曲成型效果进行评估。研究结果表明:(1)相对于水冷,空冷对钢板Y向位移改变效果显著。(2)相对于空冷,水冷对钢板角位移的改变影响明显。(3)当频率为50kHz时,电流频率对表面温度和角位移影响显著。(4)当钢板长宽比≥1:2时,Y向位移的增加比较显著;当长宽比≈1:1时,角位移的改变比较明显。