船用蒸汽蓄热器放汽过程动态特性数值模拟北大核心CSCD

船用蒸汽蓄热器是在极短时间内实现从较大流量供汽能力向极大流量供汽能力转换的关键设备,对船舶蒸汽动力系统安全稳定运行具有重要影响。以船用蒸汽蓄热器为原型,建立三维物理模型,采用两流体模型计算放汽过程中的闪蒸规律,利用标准k-ε方程计算蓄热器湍流脉动形式,并引入指数压降放汽边界条件,进行船用蒸汽蓄热器放汽过程动态特性的数值研究。计算结果表明:在放汽起始阶段,蒸汽蓄热器出现了"虚假水位";放汽过程后期,在蒸汽蓄热器水空间呈现涡流现象,形成了汽水自然对流循环,加强了汽水湍流脉动及沸腾传热效果,其模拟计算结果与试验数据基本吻合。     

不同运行条件下船用蒸汽蓄热器充汽过程动态特性数值模拟

船用蒸汽蓄热器的充汽过程是复杂剧烈的汽液两相热质交换过程,具有瞬时充汽量极大、热负荷波动剧烈的特点,其充汽特性直接关系到舰船蒸汽动力系统的运行稳定性。根据船用蒸汽蓄热器的运行条件,采用考虑汽液两相蒸发与冷凝的两流体模型和热相变模型,进行不同初始水位和压力下船用蒸汽蓄热器充汽过程动态特性的数值研究。计算结果表明：在充汽流量一定的条件下,蒸汽蓄热器初始水位越高,导致蓄热器压力越小、蒸汽温度越低;蒸汽蓄热器初始压力越大,造成蓄热器压力越大、蒸汽温度越高;在充汽起始阶段,蒸汽蓄热器初始压力越大,蓄热器水位和压力波动越剧烈。     

摇摆条件下船用蒸汽蓄热器放汽过程数值研究

基于两流体模型和热相变模型,结合考虑附加惯性力的摇摆计算模型,并引入指数压降放汽边界条件,利用CFX软件进行了摇摆条件下船用蒸汽蓄热器放汽过程数值计算。计算结果显示,在摇摆条件下,蒸汽蓄热器放汽压力和温度均快速降低,但摇摆运动对放汽压力和温度参数影响比较小;摇摆运动加强蒸汽蓄热器内汽水两相流体的湍流交混,诱发蓄热器压力场、速度场和温度场分布紊乱;周期性的摇摆运动导致蒸汽蓄热器水位产生剧烈的周期性波动,且波动周期与摇摆周期基本一致。摇摆模型在蒸汽蓄热器两相流数值模拟中的成功应用,可为海洋条件下蒸汽蓄热器热工水力的准确分析提供参考。     

两种充汽模式下船用蒸汽蓄热器动态性能数值模拟

为给船舶蒸汽动力系统设计提供技术支撑,采用考虑蒸发和冷凝的热相变模型描述蒸汽蓄热器汽、液两相的热质传递规律,并结合缓慢充汽和快速充汽计算边界条件,基于CFX实现不同充汽模式下船用蒸汽蓄热器动态性能数值模拟。计算结果表明：在缓慢充汽起始阶段,船用蒸汽蓄热器水位波动大,最终水位保持平稳且略有升高;缓慢充汽过程中,船用蒸汽蓄热器的压力和温度均呈先快速上升再下降的变化规律;在快速充汽过程中,蒸汽蓄热器的压力和温度均呈先快速上升再下降的变化规律,计算结果与试验数据基本吻合。     

船用蒸汽蓄热器充汽过程的热工水力特性数值研究

采用考虑汽液两相蒸发与冷凝的两流体模型和热相变模型,基于CFX进行船用蒸汽蓄热器充汽过程热工水力特性数值研究。计算结果表明:充汽过程中,船用蒸汽蓄热器压力、温度均呈快速上升的变化规律;蓄热器汽水空间产生蒸汽射流及涡流效应;两流体模型和热相变模型能够准确描述船用蒸汽蓄热器充汽过程热工水力参数,为船舶蒸汽蓄热器的设计提供技术支撑。     

船用蒸汽蓄热器快速充汽过程吸热特性的测量方法研究

为了满足短时间耗汽量极大用汽设备的用汽需求,选取平均过冷度和吸热系数作为船用蒸汽蓄热器吸热特性的评价指标,对快速充汽过程进行数学建模和实验研究,以期达到对吸热特性的测量。结果表明:蒸汽蓄热器在吸热过程中,其水部存在着明显的温度分布不均匀,通过对充汽流量的减小和充汽时间的延长,能够改善吸热特性。与此同时,测量方法也有效可行,完全可用于船用蒸汽蓄热器在快速充汽过程中的吸热特性测量。     

船用蒸汽蓄热器放汽过程动态特性数值模拟

  目的  船用蒸汽蓄能器可为船舶大型汽力装置提供推力,为保障其安全稳定运行,有必要研究其在大负荷释能扰动条件下的热力不平衡特性。  方法  根据船用蒸汽蓄能器的特点,建立热力非平衡释能模型。通过对比仿真数据与实验数据,验证热力非平衡释能模型的准确性。采用数值模拟分析大负荷释能扰动下船用蒸汽蓄能器的热力非平衡特性,揭示非平衡分数、非平衡压差和非平衡温差等关键表征参数的分布规律。  结果  计算结果表明,在蒸汽蓄能器的释能过程中,由于水介质的导热系数低,水温传导变化速率滞后于压力响应速率,所以蓄能器内会发生自发闪蒸现象,导致蓄能器的释能流量、压力及温度表现出强烈的热力非平衡状态。  结论  研究成果可为实船蒸汽蓄能器释能过程的优化设计提供数据参考。     

船用发电机转子耦合温度场的数值模拟

本文对某型船用发电机转子及流体的耦合温度场进行数值模拟,依据CFD(Computational Fluid Dynamics)和数值传热学的基本原理,并结合该型船用发电机的结构特点,依次分别建立发电机转子耦合温度场的物理模型和数学模型,然后通过给定边界条件,选择RNG k-ε计算模型对该型发电机转子的温度场进行数值模拟。在稳定工况下,得到发电机转子中流体域和固体域的温度场分布,并对该型船用的转子温度场进行分析,得到一些有用的结论,这些结论为发电机的设计与优化提供理论依据。     

二冲程柴油机扫气过程数值模拟分析

本文建立了6S50MC二冲程柴油机气缸直流扫气三维模型,利用三维流体动力学（CFD）仿真软件FIRE,研究了扫气口设计参数对换气过程的影响,特别是对排气口开启初期废气倒流现象有了更精确的模拟和合理的解释。另外对不同的气口设计方案下的缸内残余废气浓度随曲轴转角的变化过程作了细致的描述,并对扫气口仰角的变化对换气过程的影响做了更进一步的探讨。研究结果表明：二冲程柴油机排气阀开启时刻对扫气初期的废气倒流现象影响较大,且开启时刻越迟,废气倒流越明显;二冲程柴油机扫气口设计仰角越大,越利于初期扫气,但新旧气体混合也比较严重,对后期扫气不利。因此,对于额定转速较高的二冲程柴油机,由于扫气过程时面值较小,因此适合设计一定的仰角增大初期扫气量;反之,取消扫气口仰角,则更有利于提高二冲程柴油机整个换气过程的换气质量。     

回汽控制对舰用蒸汽动力系统的影响

[目的]船用蒸汽动力系统在紧急减速或换向操作过程中,回汽控制技术是缓解锅炉内锅筒超压问题的有效手段,需对其带来的影响进行研究。[方法]建立增压锅炉、主汽轮机和螺旋桨等设备的蒸汽动力系统仿真模型,针对大型舰船紧急减速过程和换向操作过程中快关阀无回汽、快关阀有回汽、慢关阀无回汽这3种工况,开展回汽控制特性的仿真对比分析。[结果]仿真结果表明：回汽控制可以有效避免紧急减速过程和换向过程中的锅筒超压问题,且系统稳定耗时分别缩短了3 min和1 min左右。[结论]研究成果可为舰船机动性设计和安全性设计提供参考。     

汽-水喷射器变工况工作特性的数值模拟

基于索克洛夫喷射器理论,对汽水喷射器的加热过程建立了数学模型,并编制了相应的计算程序,分析计算了工作蒸汽压力、引射水温度对喷射器结构参数设计的影响,以及喷射器运行时的最佳喷射系数与各参数的关系,提出了变工况运行的汽水喷射器的设计方法,为汽-水喷射器变工况的设计和运行提供了理论依据和分析方法.     

纵向船用气囊下水过程数值分析

以某大型散货船下水为例,开发了气囊下水静态模拟分析程序.首先对常规船台下水进行了验证计算,采用大型通用船舶设计软件FORAN的下水模块进行了计算对比,结果一致.在此基础上对某7万吨级散货船进行了气囊下水的过程计算,程序考虑了囊体材料特性和气囊变形的力学特性,可方便地校核船舶气囊下水过程中的危险工况、船体浮态等.与已有文献结果比较,证明其实用性,可用于预报下水过程,提高气囊下水安全性.     

基于三维数值模拟的船用焚烧炉结构改进

在对船用垃圾焚烧炉整体结构内部定常三维湍流数值模拟的基础上,针对初步设计的焚烧炉结构进行改进,在炉底增设了炉排,优化由气冷壁进入炉膛气孔的数量和位置.这些结构方面的改进改善了炉体内气流的分布状态,对燃烧的优化组织,提高燃烧效率,降低排放具有重要作用.     

含添加剂的溴化锂水溶液吸收蒸汽数值模拟

在BrLi水溶液加入一定量的醇作为添加剂,可以显著的增强其传热传质的能力,通过数值模拟的方法,模拟静态池中含添加剂的BrLi水溶液的表面吸收蒸汽过程,描述这一传热传质过程中BrLi水溶液的吸收表面及溶液内部的速度流场、温度变化．     

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。     

蒸汽阀动态流阻特性研究

某热力系统中蒸汽阀动态流阻特性对其总体性能设计十分关键。由于该蒸汽阀结构特殊、流速高,无法借鉴一般蒸汽阀门的流阻特性,且仿真分析难以获得较准确的数值,需进行试验研究。基于蓄热器放汽过程流量计算原理,建立了蒸汽阀动态流阻特性试验研究的一般原理、试验分析数学模型等试验研究方法,并通过多工况动态试验验证,获得了本蒸汽阀的动态流阻特性,为该热力系统的设计提供了有力支撑。同时该试验研究方法,可推广应用于类似蒸汽调节阀的动态流阻特性研究。     

船用气缸凝固过程数值模拟及应用

通过有限单元法，采用Ｃ－Ｎ格式模拟气缸套在离心浇铸后凝固过程的温度场，并通过发迹工艺条件一使最后凝固区尽量推向气套内表面，以提供合理的切削余量和减少铸造缺陷２。     

液压自动汽封压力调整器的动态特性研究

针对船用汽轮机组常用液压自动调节汽封压力调整器的工作原理进行详细说明,并研究其动态特性分析方法。对动力油压对动态调节特性的影响进行了分析,计算结果显示,在一定的结构参数下,动力油压对汽封压力调整器的动态调节特性影响十分显著。动力油压由0.3 MPa提高到1.0 MPa时,恢复时间(使汽封压力回到目标值的±5%公差带内的时间)由3 s大幅缩短至1.42 s。因此,提高动力油压可以显著加快动态调节速度,有助于提升机组汽封系统稳定性。     

船用增压锅炉过热器内流场数值模拟与流量分配规律研究

针对某船用增压锅炉过热器结构复杂的特点，用PRO／E建立了过热器内蒸汽空间的整体三维模型，选择更合理的边界条件，以流体力学基本方程组和标准的k—ε双方程湍流模型为数学模型，对不同结构参数的过热器蒸汽流场分别进行了整体三维数值模拟，直接得到并联各管蒸汽质量流量分配规律。分析、归纳并验证了影响流量偏差的各种结构因素。计算结果表明，该型过热器采用细密管束沿集箱轴向均匀进汽，并将第二、三流程沿炉膛宽度方向分隔成三部分的特殊结构，能显著减小各部分的流量偏差与热负荷偏差，并利用倾斜挡板减缓了集箱腔体内沿流向的静压下降幅度，使流量偏差与炉膛热负荷分布保持一致。挡板形状和流程布置方式有利于减小过热器管束的壁温差异。当保持过热器的其它结构特征（流程布置方式、挡板型式、管束引入引出方式和位置等）不变时，流量分配不均匀性取决于单位集箱长度上的支管总横截面积与集箱横截面积之比，以及支管平均长度与集箱长度之比两个参数，前者越小，或后者越大，则支管流量分配越均匀。计算方法和结果对于过热器结构优化设计有重要参考价值，并为建立流量偏差同结构参数之间的通用性关联式奠定了基础。