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潜艇自流冷却系统流动特性计算研究

裴金亮  
【摘要】:随着潜艇高速推进技术的发展,对潜艇自流冷却系统的性能提出了更高的要求,优化研究潜艇自流冷却系统对潜艇的应用和发展有重要意义。 本文根据相关部门提供的潜艇自流冷却系统的进出水口部分基础研究方案,利用曲面造型工具UG软件依据局部相关艇体结构对自流冷却系统进行参数化建模。 应用Fluent数值计算软件开展潜艇自流冷却系统内、外流场的数值模拟和理论分析。在此基础上采用均匀设计方法、遗传算法等优化方法对潜艇自流冷却系统的进出水口部分进行了多目标优化设计。最终确定出一套进口接管、进口导流罩、出口接管、出口导流罩的组合方案,并仿真计算分析了相对流速与相对压差曲线。 采用数值计算方法对自流冷却系统内、外流场及其组成部件进行了三维数值模拟。通过对内流部分网格模块化实现,计算分析了内流系统的主要部件,包括凝汽器、蝶阀、栅格、轴流泵等部件的流动特性和阻力特性,得出了内流部件在不同运行工况下的流场分布,并与已知的试验数据进行比较,结果吻合较好。 采用多孔介质模型对凝汽器流场的流动特性进行数值模拟,其整体阻力特性与试验数据吻合,表明该模型和计算方法正确,解决了凝汽器数值计算建模困难和网格数量过大问题。从计算所得的三维流场可清楚地掌握影响凝汽器工作的重要因素。该方法可推广到其他管壳式换热器的的研究中,为自流冷却系统的结构优化和流场分析提供基础。 利用对称性,采用分区计算,对自流冷却系统进行了全尺寸实体数值模拟,计算分析了考虑重力作用和附面层作用下的艇体外流场流动特性,计算条件能更真实反映实际自流冷却系统的运行工况。自流冷却系统整体计算结果表明其所有运行工况均能满足冷却要求,研究了影响艇体附面层的影响因素,提出了减弱艇体附面层效应的方法。


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