极地船海水冷却系统箱式换热器设计与强化换热数值模拟
发布时间：2021-07-13 14:41
箱式换热器是一种布置简约且换热性能较好的换热装置,目前广泛应用于内河以及沿海的中小型船舶中,而现代远洋船舶多采用中央冷却系统,尤其在极地船舶领域,利用箱式换热器在中央冷却系统的海水系统中充分内循环的方案也逐渐得到各船级社的关注。本文以14,500t极地运输船中央冷却系统的海水冷却系统为基础,引入箱式换热器作为海水冷却系统海水箱的内循环换热装置,根据最新发布的冰区加强符号PC6级规范与舷外换热器设计标准等对极地船海水系统进行防冰堵结构设计与改进,从设计原理上避免或减少极地船海水冷却系统吸入带有大量冰晶的海水造成冰堵的风险。利用Comsol软件平台对设计的XLQ2-22S型箱式换热器进行整体建模与换热性能的仿真模拟,以验证设计是否满足极地船海水冷却系统防冰堵的要求,数值模拟结果表明:箱式换热器满足海水冷却系统长期稳定运行要求。针对设计的XLQ2-22S型箱式换热器换热性能进一步提升,提高极地航行经济性可靠性以及压载水舱上方船员舱室的环境温度等等需求,本文利用CFD/Fluent软件对箱式换热器的圆形换热管进行螺旋波纹管强化设计与仿真模拟,重点研究箱式换热器内螺旋波纹管的流动换热特性。从PE...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
质点M的速度矢量、速度梯度与温度梯度之间的场协同关系
182 IMO MSC Circ.504 与 IACS UR I3 海水冷却域航行规范要求：将船两侧高/低位海水箱航道低水深航区行驶时不得不开启高位海水回流的冷却海水控制回流至海水箱或者压载换热到一定程度时，通过压载泵回注冷却海水至压载水舱冷却舱内海水（防止海水温度分换热后恢复到最初的冷却海水与压载水舱罗斯北极水域要求如图 3-4 所示（1-热冷却流变向，4-碎冰集聚区，5-多孔管路用于冷中在：设置多孔的隔离堰板使舷外吸入海水热冷却水从海水箱底端和顶端分别回注以
的压载海水临时参与冷却（冰区加强船必须配备至少一个独立压载水舱），这样压载水舱海水代替外面海水参与冷却的海水冷却系统称为闭式海水循环冷却系统，其海水系统结构图如图3-1所示。压载水舱内会额外加装主机和辅机的吸入、回水管路，在严重冰况下作业时，将主机和辅机的海水阀关闭，切换成压载水舱的海水吸入阀；同时，将主机和辅机的舷外排水阀关闭，用加装的压载水回流阀将高温海水回流到海水箱加热低位海水箱的海水。这样海水冷却系统从原来的开式：船外海水-海水箱-中央冷却水系统-排出舷外，转变为压载水闭式内循环：压载水舱-中央冷却水系统-海水箱-压载水舱。这种内循环海水冷却系统设计基于 IMO MSC Circ.504 与 IACS UR I3 船舶设计规范，其规范示意图如图 3-2 所示。其设计方案除了一般航区船舶海水系统规定外还要求：1. 海水箱的海水门/口设置挡板的高度必须超过水线，挡板开口孔径一般为20mm；2. 海水箱的海水门/口设置围堰的高度必须低于水线；3. 海水箱的海水门/口挡板和压载水舱海水吸入口附近应布置蒸汽加热盘管，海水箱的顶端应设置人孔盖以便于人工除冰；4. 海水箱内应设置必要的蒸汽吹除装置、蒸汽加热盘管以及伴热带来加热/融化吸入的冰块。
【参考文献】：
期刊论文
[1]北极航道及资源开发将进入新时代[J]. 齐东周. 中国远洋海运. 2017(05)
[2]CCS发布《极地船舶指南》[J]. 船舶标准化工程师. 2016(02)
[3]“港船6号”拖轮主机冷却海水系统冬季防冻改进研究[J]. 李丽珍,马军,崔立辉,李玉海. 中国修船. 2016(01)
[4]北极航运与“一带一路”战略[J]. 李振福. 中国船检. 2016(01)
[5]冰级船海水系统防冰设计技术初步研究[J]. 赵远征,吕君,房玉吉,徐隽霏,谢承利,兰兴杰. 船舶标准化工程师. 2015(01)
[6]波纹翅片开设涡发生器强化传热数值模拟[J]. 闵春华,齐承英,王恩宇,田丽亭,秦亚举. 工程热物理学报. 2014(01)
[7]三头螺旋波纹管强化传热数值模拟[J]. 刘佳驹,刘伟. 工程热物理学报. 2013(11)
[8]海洋石油支持船海水箱防冰塞措施研究[J]. 陆忠杰. 船舶与海洋工程. 2012(03)
[9]多场协同原理在管内对流强化传热性能评价中的应用[J]. 科学通报. 2012(10)
[10]基于火积耗散率最小的“盘点”导热构形优化[J]. 肖庆华,陈林根,孙丰瑞. 科学通报. 2010(24)
硕士论文
[1]螺旋波纹管流动与对流传热场协同的数值模拟[D]. 张清红.哈尔滨工业大学 2015
[2]螺旋型波纹管强化传热的数值模拟及其优化[D]. 李香.西安电子科技大学 2014
本文编号：3282251
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
质点M的速度矢量、速度梯度与温度梯度之间的场协同关系
182 IMO MSC Circ.504 与 IACS UR I3 海水冷却域航行规范要求：将船两侧高/低位海水箱航道低水深航区行驶时不得不开启高位海水回流的冷却海水控制回流至海水箱或者压载换热到一定程度时，通过压载泵回注冷却海水至压载水舱冷却舱内海水（防止海水温度分换热后恢复到最初的冷却海水与压载水舱罗斯北极水域要求如图 3-4 所示（1-热冷却流变向，4-碎冰集聚区，5-多孔管路用于冷中在：设置多孔的隔离堰板使舷外吸入海水热冷却水从海水箱底端和顶端分别回注以
的压载海水临时参与冷却（冰区加强船必须配备至少一个独立压载水舱），这样压载水舱海水代替外面海水参与冷却的海水冷却系统称为闭式海水循环冷却系统，其海水系统结构图如图3-1所示。压载水舱内会额外加装主机和辅机的吸入、回水管路，在严重冰况下作业时，将主机和辅机的海水阀关闭，切换成压载水舱的海水吸入阀；同时，将主机和辅机的舷外排水阀关闭，用加装的压载水回流阀将高温海水回流到海水箱加热低位海水箱的海水。这样海水冷却系统从原来的开式：船外海水-海水箱-中央冷却水系统-排出舷外，转变为压载水闭式内循环：压载水舱-中央冷却水系统-海水箱-压载水舱。这种内循环海水冷却系统设计基于 IMO MSC Circ.504 与 IACS UR I3 船舶设计规范，其规范示意图如图 3-2 所示。其设计方案除了一般航区船舶海水系统规定外还要求：1. 海水箱的海水门/口设置挡板的高度必须超过水线，挡板开口孔径一般为20mm；2. 海水箱的海水门/口设置围堰的高度必须低于水线；3. 海水箱的海水门/口挡板和压载水舱海水吸入口附近应布置蒸汽加热盘管，海水箱的顶端应设置人孔盖以便于人工除冰；4. 海水箱内应设置必要的蒸汽吹除装置、蒸汽加热盘管以及伴热带来加热/融化吸入的冰块。
【参考文献】：
期刊论文
[1]北极航道及资源开发将进入新时代[J]. 齐东周. 中国远洋海运. 2017(05)
[2]CCS发布《极地船舶指南》[J]. 船舶标准化工程师. 2016(02)
[3]“港船6号”拖轮主机冷却海水系统冬季防冻改进研究[J]. 李丽珍,马军,崔立辉,李玉海. 中国修船. 2016(01)
[4]北极航运与“一带一路”战略[J]. 李振福. 中国船检. 2016(01)
[5]冰级船海水系统防冰设计技术初步研究[J]. 赵远征,吕君,房玉吉,徐隽霏,谢承利,兰兴杰. 船舶标准化工程师. 2015(01)
[6]波纹翅片开设涡发生器强化传热数值模拟[J]. 闵春华,齐承英,王恩宇,田丽亭,秦亚举. 工程热物理学报. 2014(01)
[7]三头螺旋波纹管强化传热数值模拟[J]. 刘佳驹,刘伟. 工程热物理学报. 2013(11)
[8]海洋石油支持船海水箱防冰塞措施研究[J]. 陆忠杰. 船舶与海洋工程. 2012(03)
[9]多场协同原理在管内对流强化传热性能评价中的应用[J]. 科学通报. 2012(10)
[10]基于火积耗散率最小的“盘点”导热构形优化[J]. 肖庆华,陈林根,孙丰瑞. 科学通报. 2010(24)
硕士论文
[1]螺旋波纹管流动与对流传热场协同的数值模拟[D]. 张清红.哈尔滨工业大学 2015
[2]螺旋型波纹管强化传热的数值模拟及其优化[D]. 李香.西安电子科技大学 2014
本文编号：3282251
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