某船机舱通风系统模拟分析及优化设计

摘要

目前，世界造船业已经逐步进入更高层次的“数字化”阶段。从船舶设计的最初阶段开始，CAD/CAE/CAPP/PDM、虚拟现实等技术就被广泛的应用，其最基本的特征就是建模仿真与优化。机舱是船舶的动力、电力中心，是轮机人员进行管理的场所。要保证机舱内动力及辅助设备的高效运行，并为工作人员提供舒适的工作环境，必须在机舱内建立并维持适宜的环境条件，船舶机舱通风的目的就在于此。目前在生产单位的设计中，船舶都依据经验来设计机械通风系统以保证适宜的机舱环境，其设计效果很难检验。如果能应用建模仿真的思想，在船舶建造之前模拟出通风的气流组织和温度的分布，将为通风设计提供了一个理论依据，并据此来改进通风的不合理状况，就可以实现通风系统的优化设计。
　　本文以一条3100箱的集装箱船为研究对象，运用计算流体动力学(CFD)软件SC/Tetra对机舱内空气流动进行数值计算和模拟，获得整个机舱的速度场和温度场分布，并对模拟结果进行研究分析，以提出通风系统布置的优化方案。本文的研究方案为：
　　1.介绍机舱通风概况及其设计方法，确定课题研究目标。
　　2.以实船为研究对象应用CAD软件建立机舱的三维模型。
　　3.根据实船资料，确定模型设备耗气、散热及通风布置等边界条件。
　　4.应用SC/Tetra软件对机舱的热环境进行数值模拟，分析模拟结果，并对通风系统进行优化。
　　依据这个思路，本文建立某船机舱通风系统模型并进行了数值模拟运算，得到了机舱内部气流的速度场和温度场。在此基础上进行了效果分析，找出存在问题并分析成因，最终对通风系统进行优化。研究结果最终表明，应用数值模拟方法进行某船通风优化设计完全可行，这个结论对船舶机舱通风系统的设计有一定的指导意义，同时也说明通风系统数字化设计将在数字化造船阶段得到深入的发展。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题研究内容及意义

1.3 CFD技术及SC-Tetra软件简介

第二章 机舱通风概述

2.1 机舱通风的目的

2.2 机舱通风系统的分类及构成

2.3 机舱通风系统设计流程

2.4 机舱通风设计准则

2.5 本章小结

第三章 数值模拟理论基础

3.1 描写流动与传热问题的控制方程

3.2 计算区域与控制方程的离散化

3.3流场数值计算算法分析

3.4 湍流流动与换热的数值模拟概述

3.5 本章小结

第四章 计算模型的建立

4.1 机舱三维物理模型的建立

4.2 模型的简化处理

4.3 边界条件的定义

4.4 本章小结

第五章 数值模拟进程

5.1计算模型的相关假设

5.2 SC-Tetra计算参数设置

5.3 网格划分

5.4 模拟运算

5.5 本章小结

第六章 通风结果分析及优化设计

6.1 数值模拟结果与分析

6.2 通风系统优化

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 今后研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致谢