潜艇居住舱室空调送风舒适度数值模拟评估

[目的]潜艇舱室环境普遍较恶劣,需提高居住性,基于此,对采用球形布风器的潜艇舱室的空调送风气流组织进行研究,评估舱室热舒适度。[方法]使用CATIA构建精确程度高的舱室三维模型,采用计算流体力学(CFD)技术,根据实际边界条件,对舱室在夏季水面、夏季水下、冬季水面、冬季水下工况下的送风气流组织进行数值模拟,对使用球形布风器改变送风方向的夏季水面工况送风气流组织进行数值模拟,对各工况下舱室温度及速度分布进行分析对比,对舱室的舒适性评价指标(PMV)值进行计算分析。[结果]结果表明,在各工况下,舱室PMV值在-1～1之间;舱室内大部分区域气流速度分布较为均匀,速度适宜,小于0.3 m/s;舱室大部分区域温度较为均匀,夏季约为24.5～26℃,冬季约为22～23.5℃。[结论]采用球形布风器的潜艇典型住舱空调送风满足舒适性标准要求。     

基于数值模拟的船舶空调舱室热舒适性分析

船舶空调舱室热舒适性是影响船员工作效率和生活品质的重要因素。本文利用数值模拟的方法分析了不同送风温度,送风速度下船舶舱室内温度场与速度场的分布,选取了船舶舱室模型中具有代表性的四个截面,揭示不同位置的空气流速与温度差异;船舱下半部分温度变化较明显,约比送风温度高1~3℃。依据热舒适性方程,利用PMV热舒适性计算分析工具,研究了送风温度,送风速度以及空气的相对湿度对热舒适性指标PMV与PPD的影响。通过数值模拟与理论方法相结合,优化了三个参数的取值范围。进一步分析了送风温度,送风速度以及空气的相对湿度三者之间的相互作用。指出当送风速度,送风温度超出优化范围,可以分别适当的调节送风温度,空气的相对湿度来满足热舒适性要求。为船舶空调热舒适性的设计与优化提供了重要依据。     

居住舱室空气环境舒适性数值分析

[目的]为比较不同送风方案对居住舱室空气环境的影响,[方法]采用计算流体力学技术对四人居住舱室内的空气环境舒适性进行数值研究。分析气流组织分布的评价指标,对夏季工况下舱室模型的风速、温度、相对湿度、PMV值和CO_2浓度进行模拟计算。通过对比不同送风方案的模拟结果,研究送风角度、送风温度和送风量对舱室内气流组织热舒适性及空气品质的影响。[结果]研究结果表明:送风角度分别取30o和45o时对模拟结果影响较小;降低送风温度并减小送风量虽然会导致舱室内空气湿度相对较小、CO_2浓度较高,但均可满足设计要求,且综合考虑气流组织的评价指标,研究的方案能提高舱室气流组织热舒适性。[结论]研究结果对居住舱室送风口布置具有一定的指导意义。     

独立式船用空调器“HenTyH-40”

“Heπτyh-40”是新一代的独立式船用空调器,可对无限航区船舶的各种住舱、办公舱和公共舱进行全年空调.这种空调器的通风、制冷和采暖可自动控制,亦可手动操纵. 空调器的典型工况系由附表所列之空气和冷却水的参数决定.     

LNG加注船C型舱优化方案设计

[目的]液化天然气(LNG)作为船舶燃料已成为一种趋势,在此背景下,LNG加注船也逐渐发展起来,其可以弥补港口LNG加注能效的不足。LNG加注船液舱设计的成败直接影响船舶性能、经济性及安全性。[方法]对C型舱进行参数化建模,并以双体舱为例,结合LNG加注船的特点和功能,建立一套由4个指标组成的C型舱评价体系。以此为基础,采用层次分析法和模糊理论,获得指标的权重,构建以C型舱尺寸形状为优化目标的函数,计算得到C型舱的优化解。以一艘LNG加注船为优化算例,将优化尺寸与实船C型舱尺寸对比。[结果]结果显示,优化程度为正值,约0.53%,即优化尺寸的综合评价更佳。[结论]实例证明了将评价体系引入优化设计的方法可行,此方法可在方案设计阶段快速准确得到C型舱尺寸和形状,节省设计成本,提高设计效率。     

大温差技术在船舶空调中应用的可行性分析

大温差送风技术已在国内外建筑领域推广,文中针对船舶空调领域实施这一技术的可行性进行初步分析和探讨。基于大温差低温送风在船舶上使用的优势,提出了大温差变风量送风系统方案,通过了对典型舱室进行负荷计算和建立物理模型,并采用CFD数值模拟分析了船舶舱室大温差低温送风下气流组织分布,研究了不同送风温度和不同送风量下的温度和速度场分布云图。结果表明,大温差低温送风技术在船舶空调领域实施是可行的。     

船舶运动与液舱晃荡耦合频域计算方法

[目的]随着载液船舶(LNG,FPSO,FLNG等)的大型化以及对作业效率和作业安全性要求的不断提高,液舱晃荡以及由其引起的船舶运动问题愈发严重。为有效解决该问题,[方法]首先,基于三维势流理论和波浪辐射绕射理论,采用高阶边界元法开发波浪与三维结构物作用的计算程序,选取某艘FPSO船型,将本程序的计算结果与采用水动力计算软件AQWA,HYDROSTAR所得结果进行对比,验证程序的准确性;然后,将液舱晃荡水动力系数的频域求解方法与船舶运动的频域求解方法相结合,建立考虑液舱晃荡影响的船舶频域运动方程,获得耦合液舱晃荡后的船舶运动响应;最后,以一艘加载了2个液舱的FPSO船型为例,论证该计算方法的准确性。[结果]通过对比液舱不同装载下的船舶运动响应,发现存在着船舶的横摇共振频率出现偏移、耦合横摇运动幅值存在多个峰值,以及液舱装载不同对船舶运动的影响也不同等现象。[结论]所做研究可为载液船舶运动响应设计提供参考。     

85kDWT双燃料散货船LNG作为主燃料与续航力的影响分析

针对以液化天然气(LNG)作为85kDWT双燃料散货船主燃料使用,研究和分析LNG储存舱舱容和船舶续航力的计算方法,得出主燃料为LNG时所配置燃油舱、轻柴油(MGO)舱和LNG舱的舱容最小技术参数,满足船舶能效设计指数(EEDI)第三阶段和续航力的要求,为设计人员设计类似船舶的LNG储存舱容积计算提供参考和借鉴.     

PID控制器在船舶减摇水舱控制器设计与优化的应用

减摇水舱控制系统中的摇摆台控制一般采用PID控制系统,借助PID控制系统的算法优势,传输摇摆角度信号,有效控制减摇。PID系统采用免疫遗传算法,该算法能够建立起数学模型,推理运算出目标函数值,向电液伺服阀输出动作指令,控制船舶横摇。本文分析了PID控制器在船舶减摇水舱控制器设计中的应用,提出优化PID控制器的设计方法,经过仿真实验证实,改进优化的变参数PID控制器能够有效控制船舶横摇角、鳍角速率,提高减摇效率。     

基于目标分流方法的船舶概念方案多学科设计优化

[目的]船舶概念设计是通过多个学科分析、协调从而得到综合优化概念方案的过程,也是一项技术难度大、涵盖范围广泛的复杂系统设计问题。同时,与船舶单个子学科技术的迅速发展相比,船舶总体设计优化方法发展相对缓慢。[方法]在阐述船舶分解与协调策略的基础上,采用解析目标分流方法(ATC),以某油船设计为例,建立由浮态与稳性、阻力与推进(快速性)、操纵性、舱容、经济性共5个学科组成的船舶概念设计优化数学模型,探讨船舶概念设计阶段的总体设计优化问题。[结果]数值算例表明,解析目标分流方法可以较好地解决船舶总体设计学科间复杂耦合所带来的计算困难,具有良好的稳定性与收敛性,[结论]可有效支撑船舶的总体设计优化。     

基于船舶破损安全性的舱室优化方法

[目的]船舶安全性是船舶最重要的性能之一,而舱室优化与提高船舶破损安全性密切相关,二者之间的关系是一个复杂的多因素问题。[方法]基于SOLAS 2009公约,评估概率破舱稳性,量化危险区域,采用层次分析法(AHP),以分舱指数、危险区域类型和数量为评估指标,求解各指标对船舶破损安全性的影响权重,并以提高船舶破损后的安全性为目标,评估出最优舱室优化方案。[结果]结果显示,调整危险区域边舱宽度、舱室长度及双层底高度均可提高船舶破舱稳性,以及船舶破损后的安全性。[结论]实验结果表明研究危险区域可提高船舶安全性,在基于多准则评估船舶破舱后的安全性上采用AHP方法可行。     

多液舱晃荡与养殖工船时域耦合运动的数值模拟

[目的]为研究多液舱养殖工船在横向波浪激励下,其液舱晃荡与船体运动的时域耦合问题,对其进行数值模拟。[方法]采用脉冲响应函数法预报船体运动,基于CFD理论模拟计算液舱晃荡问题,并讨论壁面剪切力对液舱晃荡的影响。为验证数值方法的可靠性,进行载液工船模型横摇自由衰减试验,并将试验结果与数值结果进行对比。同时,在此基础上,提出多液舱模型的二维简化方法。[结果]计算结果表明:在横向波浪激励下,波浪频率为0.5 rad/s时,液舱晃荡使养殖工船横摇幅值响应算子峰值增大了43%。液舱晃荡可能会给载液船舶的安全性带来风险,应该在设计阶段充分考虑。[结论]研究成果可为多液舱船的优化设计提供参考。     

变风量条件下船舶会议室污染物浓度分布模拟研究

以非空态船舶会议室为研究对象,采用数值模拟的方法分别对同侧上送下回、上送下侧回、异侧上送下回、上送上回4种典型送风方式下人员工作区的CO_2分布特征以及上送下侧回送风形式不同风量条件下人员工作区CO_2浓度变化规律进行研究分析,计算出船舶会议室空调冷负荷为3 114.6 W,且使空调冷负荷的逐级递减为2 647.4 W,2 180.2 W和1 713 W;进而与空调负荷相对应的选取设计风量的100%,85%,70%,55%4种风量工况进行模拟.研究结果表明:在100%风量工况下,4种不同送风方式中同侧上送下回和上送上回送风方式有较强的稀释室内污染物的能力,人员工作区平均CO_2浓度较低;送风量的减少使得舱室内CO_2浓度分布特征改变,当送风量减小到55%时,舱室内人员工作区CO_2浓度普遍高于1 000 ppm,高于国家所规定的CO_2浓度标准.     

深海载人平台逃逸舱气流速度与二氧化碳浓度 数值模拟

摘 要：本文基于计算流体力学方法，利用Fluent软件对深海载人平台逃逸舱气流速度与二氧化碳浓度进行数值模拟，研究了不同送风形式和送风参数对舱内空气速度和二氧化碳浓度分布的影响。分析舱内气流速度表明，散流器送风结果明显优于圆形口送风；减小散流器喉部直径有利于舱内气流均匀，但仍有部分区域气流速度较低；增大风量能减小低流速比例，但相应增加了吹风感。分析舱内二氧化碳浓度表明，增大风量对二氧化碳浓度影响不大，却增加了吹风感。根据数值模拟结果最终得出了在空间等设计条件限值下的较优工况。     

空气可压缩性对船舶破舱进水的影响

在船舶破舱进水过程中,船舱内外流体动力行为非常复杂。本文采用CFD方法研究了考虑空气可压缩性影响情况下的船舶破舱进水动力学问题。研究中建立了基于求解RANS方程的船舶破舱进水计算模型,对姿态固定的破损箱型驳船进水过程进行时域模拟。将数值模拟结果与模型试验结果进行比较,验证了本研究所采用的计算模型的有效性。对数值模拟结果进行分析,如舱内水位变化情况、水体流经破口及在舱内蔓延现象及空气可压缩性对船舶破舱进水过程的影响。     

多目标进化算法在船舶设计中的应用

针对船舶概念设计阶段船型参数优化问题,根据快速性、操纵性、舱容衡准及基于经验公式建立船舶优化数学模型,采用改进的非支配解排序的多目标进化算法（NSGA-Ⅱ）,以推进系统总效率、舰船经验系数、相对回转直径及船舶造价4个参数为优化目标,选取若干设计变量,对50 000 DWT油船进行多目标优化.数值算例表明,改进的非支配解排序的多目标进化算法能够有效、客观地选择合理的船舶主尺度参数.     

基于阻力特性的布风器结构优化

本文针对目前船舶中常用的布风器形式,通过调整3种结构参数(即A,B,C),详细了解其对流动阻力系数的具体影响,并数值分析得出结构参数A影响最大。本研究采用Ansys Fluent软件,通过对布风器内的流动进行大量的模拟分析,提出更为优化的结构参数设计,数值计算出改进后布风器的总阻力系数比原始布风器减少20%,说明改进后布风器送风的均匀性趋于良好。本文的工作为布风器更为合理的设计打下基础,也为后期的降噪设计研究抛砖引玉。     

面向船舶液舱遥测系统的WSN应用研究

WSN作为一门新兴的传感器网络技术,具有布置简便易于维护等特点,适合于船舱的分布式结构。将其应用于船舶液舱遥测系统,与船舶上原有的通信组网结合。有助于提高对液舱液住、温度扣压力等参数的监测性能,促进轮机自动化智能化的发展。     

基于子模型分解的船舶舱段结构代理模型协同优化方法

[目的]为解决船舶舱段结构优化设计参数众多、计算耗时的难题,提出一种基于子模型分解的舱段结构代理模型协同优化方法。[方法]每次选择一个板架,根据当前舱段方案的有限元模型建立板架结构子模型,基于子模型构建板架结构响应的代理模型并进行优化,得到板架优化解后更新舱段模型,再进行下一个板架的优化,如此迭代,直到完成一轮或多轮包含所有板架的协同优化后停止。最后对舱段结构尺寸进行小范围调整,得到最终优化解。[结果]某船舶舱段结构优化结果显示,与从整体优化角度出发的基于降维代理模型的舱段结构优化方法相比,在相当计算成本下,所提方法的优化结果重量进一步减小了2.86%,最终实现结构减重4.96%。[结论]所提方法的优化效果较好,在高维船体结构优化问题上具有较好的应用价值。     

大数量船舶舱室的三维参数化设计研究

船舶舱室设计工序繁琐,数据庞杂,设计过程中需要对船舶舱室参数的迭代数据不断更新,易造成数据混乱、重复建模等问题。为了更好的对大数量船舶舱室设计方法进行完善,结合三位参数化复合数据结构、对船舱三维参数设计方法进行优化,结合机舱数据特点对船舶机舱数据结构进行分析后,设计船舶机舱三维参数模型。最后通过实验检测证实,大数量船舶舱室的三维参数化设计可有效实现扩大船舶机舱面积和舱容,及时自动更新船舶舱室三维数据参数,快速精准的对船舶舱室进行建模的设计目标。