船舶机舱通风方案设计

刘丽丽+黄红魁

摘 要：本文首先建立闭式船舶机舱模型，根据船舶机舱气流组织方式，借助通风常用的气流组织方案，并利用ANSYS 对该通风方案进行数值模拟，得出相应的温度场和速度场分布，再根据机舱的热环境结果分析并确定最佳通风方案，包括通风口的位置，通风量的大小及分配问题。首先，对于某机舱空间进行合理简化，建立能反映主要特征的机舱模型;其次，针对结构特点对于机舱模型内各部几何特征，分别选取相应的网格划分方式进行每一部分网格划分;最后，利用计算流体力学软件的功能，选取适当的湍流流动模型、传热模型、边界条件，进行机舱内空气流动的三维数值模拟计算。

关键词：机舱;气流组织;数值模拟

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

1 建立流动与传热基本控制方程

1.1 质量守恒方程

如果流体为不可压缩流体则方程可简化为：

1.2 动量守恒方程

1.3 能量守恒方程

2 机舱通风的物理模型

机舱初步设计内部空间尺寸为：长21m、宽19m、高8.5m;分为上下两层，上层放有两台相同型号的锅炉，锅炉蒸汽最大连续产量分别是1300kg/s;下层放有主柴油机发电组两台，功率分别是2000kw;辅机两台，功率分别是800kw。

3 闭式机舱所需通风量的计算与结果分析

3.1 通风量计算

根据所给数据及计算公式可得主机、辅机及锅炉工作所需空气量及散热所需空气量，据此可初步确定机舱所需的总通风量：

其中：：空气密度，一般取

;：取12.5K（在设计情况下，机舱内空气的温度）;c：空气的比热容，一般取C=1.01kJ/kg.k;将计算结果代入公式可得qh=31.78m3/s。

3.2 数值模拟与结果分析

研究的流动是三维湍流，在求解器的选择上应选用3D，在计算精度上选择单精度求解器即可。同时要打开能量方程求解器，并设置模型的相关参数，并需要对网格的质量进行检查，以便使迭代更好的收敛。此外，还要对流体、固体的物理性质进行合理的设置，最后在对界条件进行合理的命名及设置，包括布风口、排风口的边界条件;主辅机、锅炉和管系等热源边界条件。在机舱内平行船中平面分别取y=1m和y=4.16m处分析主辅机的通风状况，主机温度场分布如图1所示;辅机温度场如图2所示。

从以上两张图可以看出，在主机的左下角及上面都存在高温区域，冷却效果很差，而辅机左处的冷却效果较好。通过分析经过主机纵剖面的速度场可知由于左下角形成十分明显的气流漩涡，所以辅机上面的空气流通性好。

4 方案改进与结果对比分析

针对机舱内存在的热量汇聚和气流漩涡等现象，要增加此处的空气流动，因此设计中可在机舱后部设置两个回风门，同时主机上面的通风口位置可相应的提高，从而使主机部分得到更好的冷却效果。

从图3可见，在循环送风和回风，自然对流与热源的共同作用下，整体温度梯度已明显减小。先前存在的气流漩涡都已不复存在。在主机和机舱剖面处的高温区域已得到改善，主机和辅机之间的气流交换比较理想，散热性较好，且主机和辅机整体的温度分布也较为适宜。

5 结论

机舱的通风效果是由机舱内的气流组织和进风量来决定的，机舱内的通风效果和气流组织由机舱布风口和排风口的位置来决定的。在系统的实际设计中充分考虑排风高度、送风角度、排风角度对整个系统的影响。可以有针对性的在温度较高的区域增设风口，这样可有效增加舱内气体的流动性，减少气流漩涡，避免造成气流聚集。在数值模拟过程中采用了ANSYS软件对对闭式机舱通风系统的改进前后的效果进行了仿真，结果较可靠，对通风系统方案设计具有指导意义，也为相似的工程提供了参考借鉴。

作者简介：刘丽丽（1989-），女，硕士，教师。endprint