﻿ 机舱热发散控制用通风参数影响的模拟分析
 舰船科学技术  2016, Vol. 38 Issue (5): 82-86 PDF

1. 东华大学 环境学院, 上海 201620 ;
2. 中国船舶重工集团公司 第七〇一研究所, 上海 201108

Simulation and analysis of ventilation parameters for controling heat dissipation in engine room
LI Jing-ren1, SHEN Heng-gen1, CHEN Hong-chao2, BAO Jian2, SHEN Yun-peng1
1. College of Environmental Science and Engineering, Donghua University, Shanghai 201620, China ;
2. The 701 Research Institute of CSIC, Shanghai 201108, China
Abstract: For the high load heat of generator and boiler in ship engine room, considering the air jet ventilation technology to control heat dissipation effectively. Combined with the actual conditions of the engine room, a physical model for controlling heat dissipation were established, selecting criteria k-ε model as the numerical model based on computational fluid dynamics. The factors that influence the average temperature, including air velocity, nozzle height, air temperature, air humidity, ventilation rate, were numerically analyzed in steady state condition by orthogonal test. The test on heat dissipation effects of different ventilation parameters reflected significant size: air temperature, air speed, nozzle height, exhaust velocity. Through analyzing the test results, the paper provided optimal combinations of heat dissipation and adjusting optimal combination condition after considering energy-saving.
Key words: engineer room ventilation     heat dissipation control     air jet ventilation     test of numerical simulation     ventilation control factors
0 引言

1 研究对象 1.1 热源状况

1.2 控制技术措施

 图 1 空气射流送风系统 Fig. 1 Ventilation system of air jet flow
2 研究模型及试验设计 2.1 物理模型

 图 2 机舱热发散通风控制简化原型 Fig. 2 Ventilation control simplified prototype for heat dissipation of engineer room

 图 3 机舱物理模型 Fig. 3 Solution model for engineer room

 图 4 机舱网格 Fig. 4 Grid for engineer room
2.2 数学模型

 $\frac{\partial \left( \rho \phi \right)}{\partial \text{t}}\text{+div}\left( \rho \mu \phi \right)\text{=div}\left( \Gamma \text{grad}\phi \right)+S.$ (1)

1）流体为不可压缩的稳态流动过程；

2）除了机舱进排风和锅炉吸气外，假设机舱除排风口外都密封完好[7]

3）两相流模型选用离散项模型，第 2 项物料定义为水蒸气。

1）射流系统空气喷嘴和机械排风系统排风口定义为 Velocity-inlet（速度入口），速度大小和温度根据每种工况确定，空气喷嘴速度为负值;

2）机舱简化后泄放阀定义为 Velocity-inlet（速度入口），速度大小由新风量和排风量确定，压力泄放阀进风温度为 30 ℃，相对湿度为 60 %;

3）热源设为均匀向周围环境散热，散热量由设备功率确定;

4）机舱其他外围结构定义为 wall（墙体），不考虑墙体导热。

2.3 正交实验设计

3 结果及分析 3.1 试验结果

3.2 结果分析 3.2.1 各因素对机舱工作区温度的影响程度

 $R = {\rm max}{k_1},{\rm{ }}{k_2},{\rm{ }}{k_3} - {\rm max}{k_1},{\rm{ }}{k_2},{\rm{ }}{k_3}.$ (2)

 ${{S}_{A}}=\frac{1}{r}\sum\limits_{i=1}^{m}{\sum\limits_{j=1}^{r}{{{X}_{ij}}}-\frac{{{T}^{2}}}{n}},$ (3)

 ${{S}_{e}}=\sum\limits_{i=1}^{m}{\sum\limits_{j=1}^{r}{X_{ij}^{2}}-\frac{1}{r}}\sum\limits_{i=1}^{m}{X_{ij}^{2}}.$ (4)

3.2.2 优方案的确定

 图 5 各因素对工作区平均温度的影响趋势 Fig. 5 Effect of various factors on average temperature of working area

 图 6 优方案 Y = 1.5 m 温度场 Fig. 6 Temperature field at the section of Y=1.5m of optimal combinations condition

3.2.3 调整后机舱温度场

 图 7 再优化方案 Y = 1.5 m 温度场 Fig. 7 temperature field at the section of Y = 1.5 m after optimization
4 结语

1）机舱通风诸参数对工作区平均温度的影响重要程度排序为：送风温度＞送风速度＞送风高度＞排风速度，送风湿度为非显著性因素，不参加排序。

2）根据正交试验结果确定 A3B1C1E3 为优方案，即送风速度为 40 m/s，送风高度为 2.8 m/s，送风温度为 16 ℃，排风速度为 1.3 m/s。考虑实际工艺条件和节能，对优方案进行再优化，调整后的方案送风速度为 40 m/s，送风高度为 2.8 m/s，送风温度为 18 ℃，排风速度为 1.1 m/s。

3）调整后工况工作区的平均温度为 37.3 ℃，满足工作人员对环境温度的要求，局部温度在设备较高工作效率范围内。

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