某船用冷却系统管网流动分析

发布时间：2020-04-18

　　摘要：借助流体系统仿真软件FLowMAsTER对船舶的中央冷却系统管网建立仿真模型，进行仿真计算。论文通过对中央冷却系统管网仿真计算，给船舶制冷系统系统的设计过程提供相关数据。此次建模仿真是选取船舶冷却系统实际运行中的工况数据，利用软件进行仿真计算，为船舶冷却系统调试和运行提供参考依据。

　　关键词：船舶;冷却系统;流动仿真;流体网络

　　船舶冷却系统是保证船舶动力装置安全可靠运行的系统之一，其具有冷却动力系统的柴油机组和各种辅助设备装置作用，确保系统设备的温度保持在有效工作范围内。

　　本文利用流体仿真软件FLOWMASTER，建立冷却水管路流动的模型，进行了仿真运算，得到合适的流量，初步研究了主要参数变化的变化规律。

　　1船舶中央冷却系统的特点

　　常规冷却系统指的是动力系统中某些设备的高温部分(如柴油机冷却腔)利用淡水进行冷却，再借助海水冷却，利用海水对动力系统的低温部分进行部分冷却。本文中央冷却系统则指的是利用淡水对整个动力系统的低温部分和高温部分进行冷却，借助中央冷却器由海水的集中换热来得到冷却用淡水。

　　2船舶冷却系统流体管网建模

　　利用FLOWMASTER可以快速有效的建立精确的系统模型，并进行完备的分析。

　　2.1流体网络基本原理

　　依据流体网络分析方法对系统进行一定的简化，简化为一系列的节点和管段连接而成的系统，假定包括以下内容：

　　第一，假设每个节点是具有一定容积的空间，且所选的相应节点内的流体处于均匀状态。

　　第二，对该系统的简化假定符合流体的连续性假定，并且节点内的物理量均相等。

　　第三，假设系统仅在节点内部存在流体质量的积存，同时所有的流动阻力均集中在支路上。

　　2.2物理仿真模型

　　依据实际船舶冷却系统的管路设计，可以建立针对于冷却水流动的管网模型，此管网中有泵、弯头、管道、节流孔板以及各种阀门，冷却水为所建管网模型内的流体介质。模型参见图1所示。

　　3建模的仿真、计算及结果分析

　　借助所建管网的冷却水流动系统仿真建模，以某次工况为例，在该工况下，中央冷却器、中压发电机组、推进设备及相关辅助设备已带负荷，对建模进行计算，得到该系统中关键位置的冷却水压力、流速、流量、温度等参数，之后将此类参数汇总、分析并与设计值进行比照。

　　结合该系统的设计参数，对仿真模型中的相关部件的运行特性参数进行调整，进而继续进行仿真模型的稳态仿真，然后对比相应数值，如表1所示：

　　由以上仿真过程计算得知，计算结果与设定值虽有少许误差，但整体数据基本吻合，误差在允许范围内，能够满足工程实际调试的数据要求。

　　调节及平衡各支路上淡水流量的是装在推进设备冷却淡水管路进口处的节流孔板，以其中一个直径为50mm节流孔板为例，对不同孔径仿真计算，观察通过孔板的介质流动参数的变化，结果如表2所示：

　　4结论

　　(1)在FLOWMASTER的仿真模型建立过程中，依据给出的假定条件，对实际船舶的管路管网进行合理简化，对管网中流阻相应较小的元件可酌情忽略。这种简化和忽略对于实际冷却系统的流体状态影响不大，同时可以适当缩短仿真计算的时间，管路系统对整个冷却系统的主要影响因素和关键性能也能反映出来。

　　(2)该冷却系统较为庞大，为保证系统的安全性，系统设置了大量的控制元件，但各控制元件之间的相互影响不大，虽然在系统调试运行，各控制元件有动作时，流体的状态参数之间会出现一定的耦合现象，但该耦合现象所造成的影响极其微小，故不考虑该影响。实际过程中，只需依据系统不同的调试目标对调试对象相应的控制器进行调试即可。

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