船舶機艙通風方案設計

劉麗麗+黃紅魁

摘 要：本文首先建立閉式船舶機艙模型，根據(jù)船舶機艙氣流組織方式，借助通風常用的氣流組織方案，并利用ANSYS 對該通風方案進行數(shù)值模擬，得出相應的溫度場和速度場分布，再根據(jù)機艙的熱環(huán)境結果分析并確定最佳通風方案，包括通風口的位置，通風量的大小及分配問題。首先，對于某機艙空間進行合理簡化，建立能反映主要特征的機艙模型;其次，針對結構特點對于機艙模型內各部幾何特征，分別選取相應的網(wǎng)格劃分方式進行每一部分網(wǎng)格劃分;最后，利用計算流體力學軟件的功能，選取適當?shù)耐牧髁鲃幽Ｐ?、傳熱模型、邊界條件，進行機艙內空氣流動的三維數(shù)值模擬計算。

關鍵詞：機艙;氣流組織;數(shù)值模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.219

1 建立流動與傳熱基本控制方程

1.1 質量守恒方程

如果流體為不可壓縮流體則方程可簡化為：

1.2 動量守恒方程

1.3 能量守恒方程

2 機艙通風的物理模型

機艙初步設計內部空間尺寸為：長21m、寬19m、高8.5m;分為上下兩層，上層放有兩臺相同型號的鍋爐，鍋爐蒸汽最大連續(xù)產(chǎn)量分別是1300kg/s;下層放有主柴油機發(fā)電組兩臺，功率分別是2000kw;輔機兩臺，功率分別是800kw。

3 閉式機艙所需通風量的計算與結果分析

3.1 通風量計算

根據(jù)所給數(shù)據(jù)及計算公式可得主機、輔機及鍋爐工作所需空氣量及散熱所需空氣量，據(jù)此可初步確定機艙所需的總通風量：

其中：：空氣密度，一般取

;：取12.5K（在設計情況下，機艙內空氣的溫度）;c：空氣的比熱容，一般取C=1.01kJ/kg.k;將計算結果代入公式可得qh=31.78m3/s。

3.2 數(shù)值模擬與結果分析

研究的流動是三維湍流，在求解器的選擇上應選用3D，在計算精度上選擇單精度求解器即可。同時要打開能量方程求解器，并設置模型的相關參數(shù)，并需要對網(wǎng)格的質量進行檢查，以便使迭代更好的收斂。此外，還要對流體、固體的物理性質進行合理的設置，最后在對界條件進行合理的命名及設置，包括布風口、排風口的邊界條件;主輔機、鍋爐和管系等熱源邊界條件。在機艙內平行船中平面分別取y=1m和y=4.16m處分析主輔機的通風狀況，主機溫度場分布如圖1所示;輔機溫度場如圖2所示。

從以上兩張圖可以看出，在主機的左下角及上面都存在高溫區(qū)域，冷卻效果很差，而輔機左處的冷卻效果較好。通過分析經(jīng)過主機縱剖面的速度場可知由于左下角形成十分明顯的氣流漩渦，所以輔機上面的空氣流通性好。

4 方案改進與結果對比分析

針對機艙內存在的熱量匯聚和氣流漩渦等現(xiàn)象，要增加此處的空氣流動，因此設計中可在機艙后部設置兩個回風門，同時主機上面的通風口位置可相應的提高，從而使主機部分得到更好的冷卻效果。

從圖3可見，在循環(huán)送風和回風，自然對流與熱源的共同作用下，整體溫度梯度已明顯減小。先前存在的氣流漩渦都已不復存在。在主機和機艙剖面處的高溫區(qū)域已得到改善，主機和輔機之間的氣流交換比較理想，散熱性較好，且主機和輔機整體的溫度分布也較為適宜。

5 結論

機艙的通風效果是由機艙內的氣流組織和進風量來決定的，機艙內的通風效果和氣流組織由機艙布風口和排風口的位置來決定的。在系統(tǒng)的實際設計中充分考慮排風高度、送風角度、排風角度對整個系統(tǒng)的影響。可以有針對性的在溫度較高的區(qū)域增設風口，這樣可有效增加艙內氣體的流動性，減少氣流漩渦，避免造成氣流聚集。在數(shù)值模擬過程中采用了ANSYS軟件對對閉式機艙通風系統(tǒng)的改進前后的效果進行了仿真，結果較可靠，對通風系統(tǒng)方案設計具有指導意義，也為相似的工程提供了參考借鑒。

作者簡介：劉麗麗（1989-），女，碩士，教師。endprint