咨询热线: 0513-88400999

船舶货舱通风系统气流组织的数值模拟研究

如图1、图2所示,模拟出货舱测点处空气温度比实际测量误差在10%以内,流速的比较结果如图3、图4所示,模拟值与实测值也吻合得很好。故可确定本模型较为精确,可以采用该模型对不同送风方式的气流组织进行评价。



2. 两种通风方式下的模拟分析

2.1 送风方式下的模拟

经过Fluent求解器计算,得出雷诺数(Re)为111245,普朗特常数(Pr)为82668,说明模型符合高Re紊流模型的特点;且验证该模型的能量方程成立,k、ε均收敛,即模型建立成功。考虑到货舱内的通风是风机直接从外界大气中抽取送入,分析货舱内的气流组织是否满足散热的需要,即忽略其他因素的影响,仅考虑在不同送风温度的情况。本文选取某远洋航线上经历环境温度的极限值,入口温度28℃的工况1,入口温度35℃的工况2来对目标货舱进行仿真模拟(见图5,图6)。


从图5和图6综合分析出,不同工况下的气流组织分布变化情况为:

1)货舱内温度场的分布随着送风温度的变化而变化,送风方式下,室外环境温度越高,货舱内的平均温度就较高,最高温度较为集中在集装箱后端部的槽缝处,热量向上扩散排出,这样对冷藏集装箱的环境温度影响不大;

2)送风口的布置方式对货舱内的流场影响较大。由于送风口布置在直接对准冷藏集装箱制冷装置的冷凝器风机排热处,送风气流从进风口处水平送风,热量正好被吹入的气流带走,有利于冷藏集装箱对环境的需求;

3)太阳辐射等对舱内温度场的影响较大,但对速度场的影响较小。在货舱一侧舱壁完全受外界太阳辐射的影响,使得这一侧的温度比中部和另一侧区域的温度值要高;

4)送风状态下,除风口处速度梯度明显外,其它舱内大部分区域速度较低,且变化平缓,在自然排风口处没有明显的速度变化,只是在舱口盖排风口处由于通风面积的局部变化而引起局部风速增大。整个区域的流场呈对称分布;

5)货舱内的冷藏集装箱布置较为对称,使得货舱两侧的流场分布也是对称的,冷藏集装箱布置的位置,使得两侧的空气上升流动受到影响,但货舱内温度任能满足船级社对货舱内温度不超过45℃的要求。

2.2 抽风方式下的模拟

根据货舱抽风方式下的风口布置对货舱区域进行建模,送风与抽风这两种形式的区别在于送风口和抽风口的位置不同。从图5和图7综合分析出抽风与送风两种形式温度分布的变化情况:

1)抽风形式下,货舱端部平均温度虽然较低,但局部温度较高,大部分热量由风口直接排出,仍有部分热量由于风口的诱导作用会出现局部扩散,对冷藏集装箱进风口的温度产生影响,造成局部温度过高。而送风形式虽然平均温度较高,但最高温度集中在最高层冷藏集装箱排风口处,并向上扩散排出。

2)在抽风形式下,最高温度要比送风形式高。这主要是抽风形式下的风管布置有利于将冷藏集装箱的排热量集中在局部区域排出,不至于在端部大面积扩散,温度叠加效应较小。从两种通风形式来看,温度均满足规范要求。从图6和图8综合分析出,由于通风形式的不同,在自然风口处显示了两种不同的速度分布:

(1)送风形式下,除风口处速度梯度明显外,其它舱内大部分区域速度较低,且变化平缓,在自然排风口处没有明显的速度变化,在靠近舱口盖的排风口处由于通风面积的局部变化而引起局部风速增大。整个区域的流场呈对称分布。

(2)抽风形式下,舱内压力低于外界大气压,空气从自然进风口处被吸入,左右舷舱口盖自然进风口和后部结构舱壁进风口处风速明显呈梯度分布,风速从风口出来后逐步递减,整个流场显示对称性。


3. 货舱内动态通风量的分析

送风方式下,冷藏集装箱的制冷装置面对 桥楼 ,由 桥楼 处的送风管的送风口对着冷藏集装箱制冷装置送风,送入空气对准装置下部吸风口,货舱排出的热空气由舱口盖上的排风口自然排出,按热平衡法[4]可以得到研究区域内货舱的通风量为式(9):

V=Q/[ CP( e- i)](9)

当船舶在大气温度35℃时的条件下航行时,由于船舶在海面上受太阳辐射的因素影响,货舱的温差渗入热表现明显,使得货舱内负荷值达到一日中负荷的最高点,应用热平衡法得出图9,抽风形式下货舱内单只20英尺冷藏集装箱所需的最大通风量2727m3/h。

4. 结 语

4.1通风形式

送风和抽风这两种通风形式相比较而言,抽风形式下货舱内温度分布不均匀,局部温度过高可能会影响冷藏集装箱制冷单元的局部环境;送风形式下舱内温度分布较为均匀,因此从货舱内的最高温度和气流分布的均匀性来考虑,送风形式优于抽风形式。

4.2通风量

单个20英尺的冷箱采用2727m3/h的通风量就可满足对温度环境的要求,这比劳氏船级社要求的通风量3100m3/h[5]减少12.3%,节能效果明显。船舶在远洋运输时,因外部环境的变化可能对此结果产生影响。

相关产品
猜您感兴趣的

Copyright © 2006-2019 江苏中矿重型装备有限公司 版权所有 苏ICP备13032710号-1

苏公网安备 32062102000318号