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船舶进排气系统数值模拟及阻力模拟装置研究

李强  
【摘要】:水面船舶的进排气系统是各种常规动力装置实船应用的关键技术之一,其总体性能直接关系到动力装置的运行,对其性能进行研究具有重要的作用和意义。无论结构形式如何,船舶进排气系统的最重要的一项性能指标就是其流动损失,而大中型水面船舶所采用的进排气系统具有尺度大、结构复杂的特点,因此,需要采用合理的研究方法进行阻力性能预估。本文针对大型水面船舶所使用的进排气系统进行了系统研究,通过流场数值模拟方法,分别对设计方案和对应陆基试验环境下的进排气系统流动损失特性进行了仿真计算,以此为基础设计了用于总体试验研究的阻力模拟装置,并通过数值模拟和模型试验对阻力模拟装置性能进行了研究,论文主要工作如下:1、船舶进排气系统数值模拟方案确立及模型简化方法的研究。确定对于具有大尺度复杂空间结构的流动问题,所使用的控制方程、离散方法、湍流模型等问题。通过块结构化网格方案,采用多孔介质模型等手段,提高网格质量和计算效率。2、进气系统设计方案流动损失数值模拟研究。完成了 8种方案船舶进气系统流场的数值模拟仿真计算,获得了每个方案进气系统内部流动的阻力损失特性,对流场流动及阻力特性进行了分析,讨论了进气阻力损失产生的主要因素。3、排气系统设计方案流动损失数值模拟研究。完成了 8种方案船舶排气系统流场数值模拟研究,对每个方案排气系统管路内部流动特性以及排气系统总体引射掺混情况进行了分析,获得了排气系统的阻力损失特性,并讨论了阻力损失的主要影响因素。4、陆基试验环境进排气系统流动损失数值模拟研究。建立了陆基进排气系统各自的计算域模型,通过流场数值仿真计算,获得了不同工况下各个流动损失特性,并将其与对应的进排气系统设计方案损失特性进行比较,以此作为阻力模拟装置的设计依据。5、阻力模拟装置设计与性能研究。针对所需要模拟的阻力损失状态,设计出一种节流板式管道阻力模拟装置,以满足陆基进排气系统的试验条件要求。该装置具有4个可旋转节流板,通过控制不同组合状态来实现不同工况下的流动损失,使其特性与实船不同方案的进排气管路系统等效。一方面通过阻力相似性对比,获得了阻力模拟装置的精确度,另一方面通过缩比模型试验对数值模拟结果进行了验证。


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