柴油机船舶机舱热环境数值模拟

论文摘要

船舶机舱是船舶的动力、电力中心,它包括众多的机械、电气、控制设备。要保证这些设备的正常运行和人员的正常工作,机舱内的环境条件(温度、湿度、空气流速、清洁度和空气成份等)要达到一定的标准。在实践中,一般船舶都设有机械通风系统以保证舱内环境符合船舶规范的要求。本文以一艘在航的1800米车道滚装客船的机舱为研究对象,运用计算流体动力学(CFD)的FLUENT软件对其舱内温度场和速度场进行数值模拟,获得整个机舱的温度场分布,并对模拟结果进行研究分析,提出通风系统布置的优化方案。本文的主要研究内容和成果如下.(1)对计算流体力学、数值传热学和大空间热环境数值模拟方面的相关理论作一定的分析研究,熟悉本课题适用的研究方法和理论基础,确定本课题的计算模型。(2)以实船为研究对象建立机舱的计算模型。包括两方面内容,一方面是研究舱内各种设备的耗气量和放热、吸热情况以确定计算模型中的设备以及边界条件；另一方面是运用三维建模软件建立机舱的三维模型,划分网格形成计算模型。(3)在此基础上,利用计算流体动力学(CFD)的FLUENT软件对机舱的热环境进行数值模拟,与实船测量值进行比较验证计算模型和模拟结果的准确性。分析模拟结果找出舱内高温区域并分析成因。为了使舱内温度场分布更加合理,对通风系统进行优化,调整模型中通风口的参数(风口位置及角度等),重新计算并得出优化后的通风布置方案。最后,总结全文并对有待进一步研究的问题进行讨论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 课题的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究目标、主要研究内容和技术路线
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容和技术路线
• 1.4 CFD技术及FLUENT软件介绍
• 第2章 数值模拟的理论与方法
• 2.1 流动与传热的控制方程
• 2.1.1 质量守恒方程
• 2.1.2 动量守恒方程
• 2.1.3 能量守恒方程
• 2.1.4 控制方程的通用形式
• 2.2 计算区域的离散
• 2.2.1 控制方程的数值解法
• 2.2.2 计算区域的离散
• 2.2.3 常用的离散格式
• 2.3 流场的数值计算方法
• 2.3.1 耦合式解法
• 2.3.2 分离式解法
• 2.3.3 SIMPLE系列算法
• 2.3.4 代数方程组的基本解法
• 2.4 湍流流动与换热的数值模拟概述
• 2.4.1 湍流的基本方程
• 2.4.2 湍流数值模拟方法
• 2.4.3 两方程模型
• 2.4.4 近壁区的处理
• 2.5 本章小结
• 第3章 物理模型的建立与网格划分
• 3.1 机舱三维模型的建立
• 3.1.1 船舶概况及设备分布
• 3.1.2 机舱及设备建模
• 3.2 划分网格
• 3.2.1 模型网格的生成
• 3.2.2 网格数量及质量情况
• 3.3 边界条件的定义
• 3.3.1 边界条件的类型
• 3.3.2 机舱模型的边界类型
• 3.4 小结
• 第4章 数值模拟过程与结果
• 4.1 模型的边界条件参数
• 4.1.1 风口的边界条件参数
• 4.1.2 主机及相关设备的边界参数
• 4.1.3 其他设备的边界参数
• 4.2 FLUENT计算参数设置
• 4.2.1 计算模型的假设
• 4.2.2 计算参数设置
• 4.2.3 计算收敛条件及残差
• 4.3 模拟结果及分析
• 4.3.1 舱内温度场显示及分析
• 4.3.2 舱内速度场显示与分析
• 4.4 模拟结果与测量数据的比较
• 4.5 小结
• 第5章 通风系统的优化方案
• 5.1 风口位置的优化
• 5.1.1 舱内气体的流动迹线
• 5.1.2 改变模型中风口的位置
• 5.2 风口出风角度的优化
• 5.3 风口优化后的舱内温度场
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 今后研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历