排水型船舶阻力CFD计算关键问题研究

为了精确快速地计算排水型船的船舶阻力,文章对影响船模阻力和实船阻力计算精度以及效率的模型质量、网格方案、物理模型、边界条件及初始化、求解器设置等方面进行了深入研究,形成了排水型船舶阻力CFD计算方法的标准化和普适性的技术方案。基于该技术方案对2种典型的排水型船进行了船模阻力和实船阻力数值分析,并将数值计算结果与水池试验结果进行对比,结果表明,各航速下两者误差均在1%以内。

船舶主机排烟管路系统减振设计研究

船舶主机排烟管路在运行时,因受到主机结构振动和排出废气脉动压力的影响,会发生相应振动问题。为降低排烟管路振动和噪声传递到船体结构和附近舱室,需对其进行减振设计。对船舶主机排烟管路系统减振设计的原理、布置过程、注意事项等进行探究,对减振元件的选型进行有限元仿真校核,并在实船上进行隔振效果的测试验证。实船结果表明:在10~10000 Hz频段范围内,排烟管路减振装置有较好的隔振效果,隔振效果达到15 dB以上。该研究可为船舶排烟管路减振设计提供参考,具有一定的工程指导意义。

基于有限元-统计能量法的结构隔声性能预测模型研究

隔声结构广泛应用于船舶舱室壁板等区域,实现对结构隔声性能高效、准确地预测对于隔声结构理论设计与工程应用具有重要意义。采用理论公式、COMSOL有限元分析法和VA One统计能量分析法建立钢板隔声性能计算模型。基于试验值,探究不同方法的频率适用范围,实现分频段高精度计算板结构的隔声性能。研究结果表明,在125~4000 Hz频率范围内,分段结合使用3种方法进行计算,对比试验值平均隔声量误差小于1 dB。厚度不变,薄板尺寸等比例扩大,各个中心频段范围内模态数增多,统计能量法高精度计算薄板隔声量的起始频率向低频移动。

船舶LNG低压供储气系统燃料泵控制方法研究

本研究针对船舶双燃料发动机燃料低压供储气系统的燃料泵控制,提出一种改进后的PID调节算法的控制算法,满足各工况下双燃料发动机供气压力及流量要求。在样机台架试验过程中,对比经典PID控制方法和该算法控制的燃料泵后端压力等,该方法输液稳定,确保缓冲罐压力平稳,控制精度高,反应时间快,超调量小。

LNG低温复合软管疲劳特性及参数化分析研究

LNG低温复合软管具有强度高、重量轻、柔韧性好等优点,可以满足恶劣海况下LNG的输送需求,但其结构复杂,且面临多种耦合载荷作用下的疲劳失效问题。首先建立了LNG低温复合软管的有限元模型,研究了复合软管在弯曲和内压载荷下的力学响应和弯曲疲劳寿命特性;然后改变螺旋钢丝直径、预紧间距、导程和纤维层数及摩擦系数等参数,对软管的弯曲疲劳寿命进行了参数化分析。结果表明预紧间距、导程和纤维层数对复合软管的疲劳损伤影响显著:预紧间距增大时,复合软管疲劳损伤先增大后减小;导程减小或者层数增加时,复合软管的疲劳损伤会明显减小。摩擦系数对疲劳损伤几乎没有影响。研究成果可为低温复合软管的结构设计提供理论参考。

R14和R23及其非共沸混合物在水平管内沸腾换热特性的模拟研究

本文采用数值模拟方法,应用VOF多相流模型及Lee相变模型,研究了R14和R23工质在蒸发温度为208.15K时的管内流动沸腾特性。同时,基于准静态理论提出了一种改进的传热传质模型,并利用该模型预测了非共沸工质R14/R23的流动沸腾特性。结果表明,基于液相组分浓度差的组分相间传质模型获得的模拟数据与实验结果具有较好的一致性。在相同蒸发温度下,纯工质的饱和气相密度对其在管内的流动沸腾换热具有显著影响。对于R14、R23及其非共沸混合物R14/R23,其流动沸腾传热系数随干度的增加均呈近线性增大趋势,且低沸点纯R14工质换热系数的增大趋势最显著,R23次之,R14/R23混合物最小。在相同工况下,混合工质R14/R23(0.5:0.5)的传热系数均小于其纯组分的对流传热系数,分别比R14、R23小30%和20%以上,其根本原因在于混合工质存在组分间传质阻力。

大空间尺度下预燃室射流火焰发展历程的光学诊断和模拟研究

基于定容燃烧弹,在与大型低速预燃室式双燃料船机相似的空间和热力学条件下,采用相似的点火过程,对主燃烧室内的射流火焰发展和引燃预混火焰的扩展历程进行光学测试;提出一种基于全网格映射,分阶段采用不同的燃烧模型的方法模拟不同燃烧阶段的火焰发展过程。基于定容装置试验数据验证了模型对燃烧火焰扩展速度预测的适用性和准确性。研究结果表明:预燃室燃油喷射量直接影响射流火焰的最大贯穿距离和火焰强度;主燃烧室内的混合气需要达到一定浓度才能被引燃。对燃烧过程的模拟,第一阶段燃烧采用均质搅拌反应器(well-stirred reactor,WSR)模型可以较为准确地模拟不同燃油喷射量下的射流发展速度和火焰射流的最大贯穿距离;第二阶段燃烧采用G方程可以较为准确地模拟火焰在各方向上的扩展速度。采用Mapping方法连接的两个模型对燃烧两个阶段的火焰扩展的整体速度具有较高的预测精度。

船用柴油机缸盖缩尺试样的热失效研究

为研究船用柴油机缸盖在低周热循环载荷下的渐进失效问题,开展了“四孔平板”缩尺试样的热失效模拟试验,建立了基于温度依赖的Chaboche组合硬化材料模型和改进Ostergren塑性能量损伤模型的仿真方法,研究了塑性变形演化、疲劳开裂的热失效行为和机理。研究表明:仿真预测具有较高精度,圆孔失圆变形预测最大偏差不超过10.5%,准确预测了裂纹的萌生位置,预测寿命与实际失效循环数目接近;缩尺试样受到循环变化的温度梯度影响,整体结构表现为热弯曲变形失配,产生的局部非对称拉压应力引发了塑性变形;随着循环次数增加发生应力松弛,塑性变形呈现先快后慢的非线性减少趋势;冷却阶段的拉伸塑性应变能和应力三轴度增加,引发了圆孔鼻梁高应力区开裂损坏。

大型邮轮水下辐射噪声特性分析及试验研究

随着海洋资源利用程度的增加,船舶水下辐射噪声严重影响海洋生物的生存发展,大型邮轮作为人类建造的体量最大可用于全球旅行的交通工具,极易产生水下辐射噪声问题。文中重点分析了大型邮轮水下辐射噪声的振动噪声来源及传递路径,通过仿真对水下辐射噪声进行计算,并对大型邮轮的水下辐射噪声进行实船试验测试,最终对比得出目前我国建造的大型邮轮的水下辐射噪声特性。研究结果可为开展大型邮轮水下辐射噪声控制研究提供数据支持,为我国后续大型邮轮的设计和建造提供参考。

PVD、CVD涂层硬质合金刀片铣削2Cr13不锈钢磨损实验研究

2Cr13不锈钢是一种典型的难加工材料。在其铣削加工过程中,存在铣削力大、铣削温度高、加工硬化趋势强、切屑黏附性强、刀具磨损严重等问题。选用AlCrN(PVD)和TiCN-Al_(2)O_(3)-TiN(CVD)两款不同涂层的RCKT 1606圆形铣刀片,对2Cr13不锈钢进行铣削实验,并分析这两款涂层加工不锈钢的磨损性能及失效机理。结果表明:TiCN-Al_(2)O_(3)-TiN涂层刀片铣削加工10m以后,两个刀片的后刀面磨损量均超过了0.3mm,且切削刃发生崩刃失效;AlCrN涂层刀片铣削10m后,两个刀片的后刀面磨损量均超过0.12mm;在2Cr13不锈钢的铣削加工中,使用AlCrN(PVD)涂层可以有效提高刀具的切削寿命。

板壳式热交换器内制冷剂R410A蒸发传热性能研究

通过实验研究了板壳式热交换器内制冷剂R410A的蒸发传热特性,分析了饱和温度、质量流率和平均干度对蒸发传热系数及两相摩擦压降的影响。将实验数据与现有的蒸发传热预测模型进行比较,拟合得到了板壳式热交换器内R410A蒸发传热努塞尔数和摩擦因数的关联式。研究结果表明,R410A的蒸发传热系数随平均干度的增大先增大后减小,随质量流率的增大而增大,随饱和温度的升高而减小。两相摩擦压降随平均干度、质量流率的增大而增大,随饱和温度的升高而减小。R410A努塞尔数、摩擦因数的关联式计算值与实验值的平均误差绝对值分别为3.78%、4.08%。

混合动力船舶电机辅助主机合排控制方法及实船应用

为了解决某型7 500 t级散货船在主机合排过程中存在浓烈黑烟问题,通过实船数据分析问题原因并提出电机辅助主机合排的控制方法,调整实船主机合排控制策略与优化控制程序,经过实船试验验证表明,采用电机辅助的主机合排控制过程相较于无电机辅助的主机合排控制过程,其螺旋桨轴系扭矩突增量减小33%,主机油耗突增量减小35%,尾轴转速突增量减小41%,且螺旋桨轴系扭矩与尾轴转速上升速率更平缓,有效解决主机冒黑烟问题,达到降低主机碳排放的目的。在船舶营运过程中,混合动力系统设备运行情况良好。

船舶混合推进系统制动过程分析与研究

混合动力系统采用轴带电机再生制动来吸收制动能量实现快速制动,但制动电阻的选型和控制分析需要大量的计算和校核。针对此问题,对混合动力船舶制动过程中螺旋桨负载的转矩随转速变化的特性进行仿真分析,提出基于轴带电机最大转矩电流比(MTPA)控制的制动控制策略和基于该控制方式的制动电阻选型过程、选型方法并进行仿真验证。仿真中轴带电机以MTPA控制方式实现了电磁转矩一直保持其最大转矩的快速制动;经仿真对比,小于等于5Ω的制动电阻选型方案能够满足目标船制动能量消耗需求。所形成的制动电阻选型及验证方法,能够在装船前对该关键部件与船舶的适配性进行很好地优化与验证,对于新型混合动力推进系统船舶关键部件的设计具有指导意义。

基于AHP-FCE的船舶电站系统健康状态评估

为了解决船舶电站系统健康状态合理评估问题,本文首先遵循评估指标选取原则,参考船级社相关规范,选择出多个健康状态重要评价指标,构建综合评估体系;其次,通过专家打分,运用层次分析法(AHP)确定各指标权重;然后输入各指标数据,通过模糊综合评价法(FCE)计算各指标及整个系统的健康状态得分。最终为船舶管理人员优化航行维护安排计划提供合理准确的评估依据,保证船舶航行安全。

相继增压系统切换过程对增压器辅推轴承轴向力影响与轴承优化研究

采用数值仿真方法研究基本增压器在系统切换过程中的轴向力变化规律,并提出了辅助推力轴承的改进设计方法。首先数值仿真研究了基本增压器的转子系统在切换时的压气机/涡轮关键典型截面气动参数分布情况,分析了在柴油机增压模式切换过程中基本增压器转子轴向力大小和方向变化规律,然后提出了增加轴承承力面及改变承力面材料的优化方案。结果表明:基本增压器辅助推力轴承在切换的5 s时间内轴向力发生翻转,最大约承受2273 N的反向轴向力,是造成切换过程辅助推力轴承磨损的关键原因;优化方案最大承载能力为优化前的4.8倍,显著提升了辅助推力轴承承载力。经增压器平台可靠性验证,改进后的增压器辅助推力轴承在相同时间内未出现碰磨现象。

高架火炬附塔蒸汽管道可拆卸式支架研究与应用

针对现有的高架火炬附塔蒸汽管线支架采用大量焊接作业的施工方法,产生的安装偏差较大,高空焊接量多,高空作业难度大,用工成本高,检修时难以拆卸等问题,从设计、机加工、安装等方面对支架的要点和难点进行解析,研究并应用新型的高架火炬附塔蒸汽管线可拆卸式支架。新型式的支架可增加支架的可靠性,减少高空作业难度,降低项目实施成本,同时具备可拆卸功能。

LNG汽化器换热管内螺旋线圈传热性能强化研究

建立了LNG汽化器换热管内的流动传热模型,研究LNG与蒸气换热的传热特点。模拟结果显示由于换热温差过大,采用光管换热管会发生管内膜态沸腾,无法实现LNG的高效汽化。提出在换热管内添加螺旋线圈内插件抑制膜态沸腾,换热性能提升可达77.1%,出口温度可达230.1 K,能够满足LNG汽化器的技术指标。对螺旋线圈的结构尺寸进行对比分析。线径从1 mm增至1.4 mm能提升换热效率并且不增加压降,而将节距从10 mm增值15 mm会导致流动传热性能恶化。

船舶柴油机运行参数异常检测及分析

为保障船舶安全高效运行,提出4种船舶柴油机运行参数异常检测方法。该技术在空间向量统计的异常检测基础上,进一步提出新的方法监测运行参数时间序列的趋势异常。通过提取运行参数数据演化过程的趋势和规律,可以更早、更准确地识别异常趋势,为设备管理提供决策支持。实验结果表明,所提出的异常检测技术能够有效提高船舶柴油机异常检测的效率和准确性,及早发现安全隐患。

综合科考船风机室高效低噪声协同控制研究

为降低机舱风机振动噪声传递到船体结构和附近舱室,需要对其进行高效低噪声控制。本文结合某综合科考船风机室的布置,分析风机隔振处理、壁面吸声处理、消声器设置等措施的协同作用效果,并进行实船测试验证。实船结果表明,风机室通过低噪声协同控制措施后,机舱风机减振装置有较好的隔振效果,隔振效果可达15 dB以上;风机室百叶窗出口1 m处噪声声压级低于“开敞娱乐区域”75 dB(A)的限值要求。该研究可为船舶风机室的低噪声协同控制提供理论参考,具有一定的工程指导意义。

周期管路系统的振动特性研究

管路系统广泛应用于船舶动力、海洋工程、建筑环境等领域,其振动噪声可能会导致设备的失效与破坏。具有弹性波带隙特征的周期性结构设计可在特定频段内实现波的人为调控,有效降低管路结构的低频振动噪声。将周期结构引入一维管路系统,基于布拉格散射和局域共振2种带隙机理,设计具备全频段良好减振性能的周期管路结构。结合传递矩阵法和有限元法,计算了布拉格型管路的能带结构与减振特性。建立引入局域共振单元的周期管路系统有限元模型,计算并分析晶格常数、周期数量、局域振子尺寸等参数对周期管路结构振动特性的影响规律。结果表明,基于声子晶体带隙特性设计的周期管路系统具有优良的减振性能。