﻿ 航行体水下排气的热特征及影响因素分析
 舰船科学技术  2020, Vol. 42 Issue (1): 51-55 PDF

Research on thermal characteristics and influencing factors of underwater exhaust of submersible
YUAN Jiang-tao, WANG Kun, SUN Bin, ZHANG Xin
Naval Submarine Academy, Qingdao 266199, China
Abstract: Aiming at the problem of underwater exhaust heat exposure of submersibles, the mathematical calculation model was established by Euler-Lagrange method. Based on the computational fluid mechanics and the computational heat transfer method, the changes of the exhaust gas temperature, the submersibles speed, exhaust gas flow rate and the temperature of the sea water on the thermal characteristic were analyzed. Results show that it is advantaged for the submersibles by reducing the exhaust gas flow rate, enhancing the submersibles speed, reducing the exhaust gas temperature. The thermal characteristic of underwater exhaust gas is not sensible to the changes of the sea water temperature.
Key words: multiphase flow     exhaust     thermal characteristics     influences
0 引　言

1 数学模型

 $\frac{{\partial \left( {\rho {u_i}\phi } \right)}}{{\partial {x_j}}} = \frac{\partial }{{\partial {x_j}}}\left( {{\varGamma _\phi }\frac{{\partial \phi }}{{\partial {x_j}}}} \right) + {S_\phi } + {S_{p\phi }}{\text{。}}$ (1)

 \left\{ \begin{aligned} & {N_k} = \mathop \smallint \nolimits {n_k}{v_{kn}}{\rm d}A = {\rm{const}}{\text{，}}\\ & \frac{{{\rm d}{v_{ki}}}}{{{\rm d}t}} = \frac{{\left( {{v_i} - {v_{ki}}} \right)}}{{{\tau _{rk}}}} + {g_i} + \left( {{v_i} - {v_{ki}}} \right)\frac{{{{\dot m}_k}}}{{{m_k}}}{\text{，}}\\ & \frac{{{\rm d}{T_k}}}{{{\rm d}t}} = \frac{{\left[ {{{\dot m}_k}\left( {{c_p}T - {c_k}{T_k}} \right) - {Q_k}} \right]}}{{\left( {{m_k}{c_k}} \right)}}{\text{。}} \end{aligned} \right. (2)

2 数值模拟 2.1 计算模型

 图 1 航行体指挥台围壳三维模型 Fig. 1 3D model of superstructure hull
2.2 计算区域

 图 2 计算区域 Fig. 2 Calculation region
2.3 辅助条件

 图 3 围壳表面网格及离散相边界条件 Fig. 3 Shell surface mesh and boundary conditions
2.4 模型验证

 图 4 计算区域及边界示意图 Fig. 4 Calculation region and boundaries

 图 5 液相速度模拟结果与实验结果的比较 Fig. 5 Simulated and experimental values of liquid phase velocity
3 结果分析

3.1 排气温度的影响

 图 6 不同排气温度时海面温度分布 Fig. 6 Effect of exhaust temperature on sea surface temperature

 图 7 不同排气温度下的海面最大温差 Fig. 7 Sea surface MAX temperature difference vs. exhaust temperature
3.2 排气流量的影响

 图 8 不同排气量时海面温度分布 Fig. 8 Effect of exhaust displacement on sea surface temperature

 图 9 不同排气量下的海面最大温差 Fig. 9 Sea surface MAX temperature difference vs. exhaust displacement
3.3 海水温度的影响

 图 10 不同海水温度下海面的温度分布 Fig. 10 Effect of sea temperature on sea surface temperature

 图 11 不同海水温度下海面最大温差 Fig. 11 Sea surface MAX temperature difference vs. sea temperature
3.4 航行速度的影响

 图 12 不同航速下的温度分布 Fig. 12 Effect of submersible speed on sea surface temperature

 图 13 不同航速下的海面最大温差 Fig. 13 Sea surface MAX temperature difference vs. submersible speed
4 结　语

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