船用换热器三维流场数值模拟

第1章 绪论 (2)1.1换热器的分类 (2)1.2 换热器研究与发展 (3)1.2.1换热器发展历史 (3)1.2.2 换热器研究及发展动向 (3)1.2.3 国外新型换热器技术走向 (4)第2章 管壳式换热器 (9)2.1 管壳式换热器结构 (9)2.2 管壳式换热器类型 (9)2.3 换热器的安装、使用及维护 (10)2.3.1换热器的安装 (10)2.3.2 换热器的清洗 (10)2.3.3换热器的维护和检修 (12)2.3.4换热器的防腐 (13)2.4 换热器的强化 (14)2.4.1管程的传热强化 (14)2.4.2 壳程的传热强化 (16)第3章 流体传热的研究方法 (17)3.1 传热学的常用研究方法 (17)3.2数值模拟的求解过程 (17)第4章 基于Fluent的管壳式换热器的数值计算 (20)4.1 Fluent简介 (20)4.2 基于Fluent的三角形排列的换热器流畅模拟 (21)结论 (31)第1章 绪论换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器，广泛应用于化工、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工业等行业。

随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。

1.1换热器的分类换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是耗能量十分大的领域。

随着节能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多。

适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器结构和形式亦不相同，换热器种类随新型，高效换热器的开发不断更新，具体分类如下。

(1)冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类：间壁式、混合式和蓄热式。

间壁式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流进行换热。

间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。

管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等；其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。

船用螺旋隔板换热器的实验与数值模拟刘晓红;徐涛【摘要】以螺旋隔板换热器作船用润滑油冷却器,冷却水和润滑油分别在管程和壳程呈逆流流动,对船用螺旋隔板三维翅片管换热器的传热与压降性能进行了实验研究,结果表明在壳程雷诺数相同条件下,三维翅片管的壳程努塞尔特准数是光滑管的2.1～2.8倍,而压降约为光滑管的2.2倍.同时,利用Fluent6.3软件对船用螺旋隔板三维翅片管和光滑管换热器的传热与压降性能进行数值模拟,结果表明螺旋流条件下三维翅片管与光滑管相比,具有更大的强化对流传热作用.对于船用螺旋隔板三维翅片管换热器,壳程努塞尔特准数和压降的数值模拟结果与实验计算值吻合良好,最大偏差分别为6.6%和10%.【期刊名称】《广州航海高等专科学校学报》【年(卷),期】2010(018)001【总页数】4页(P5-8)【关键词】螺旋隔板;数值模拟;换热器【作者】刘晓红;徐涛【作者单位】广州航海高等专科学校,轮机系,广东,广州,510725;广州航海高等专科学校,轮机系,广东,广州,510725【正文语种】中文【中图分类】TK124能源是国民经济的基础,是综合国力的有机组成部分,也是经济社会全面、协调可持续发展的一个重要的制约因素.换热器在国民经济和工业生成领域中对产品质量、能量利用率以及系统的经济性起着举足轻重的作用.壳管式换热器广泛应用于化工、制冷、动力及能源等领域,是量大面广的热能交换设备.螺旋隔板换热器是一种新型壳管式换热器结构,流体动力学研究表明[1],壳程流体类似于塞状流,流动均匀,几乎没有反混和流动死区.在相同的壳程压降下,螺旋隔板换热器的传热系数比普通弓型隔板换热器明显提高[2-3],若将螺旋隔板与强化管搭配则能进一步提高换热器的传热性能[4].目前船用换热器主要有管壳式换热器、板式换热器.其中船用润滑油冷却器、淡水冷却器、空气冷却器、大气冷凝器、空气加热器等主要采用管壳式换热器比较多.目前对船用换热器的研究较少,制造和使用中的船舶主要都是安装一些普通的换热器,换热效果相对较低,运行成本较高.因此研制高效能、低成本的船用换热器具有非常重要的意义,它能大大降低换热器的运行成本,节省能源.文中以螺旋隔板换热器作为船用润滑油冷却器进行传热与压降性能实验研究,同时借助数值模拟方法对螺旋流条件下三维翅片强化传热机理进行研究,更全面地了解螺旋流条件下三维翅片表面流体流动与传热特性.1 实验方法实验装置系统如图1所示.该系统主要由船用螺旋隔板换热器、润滑油箱、水箱和测量系统组成.来自水箱的冷却水在船用螺旋隔板换热器管程流动,在油箱中被加热到设定温度的润滑油由油泵送到船用螺旋隔板换热器的壳程流动,管程的冷却水与壳程的润滑油呈逆流换热.用与电脑连接的温度数据采集仪记录冷却水和润滑油的温度,用玻璃转子流量计测冷却水的流量,用椭圆齿轮流量计及秒表测润滑油流量,用U型压差计测壳程的进出口压差,用恒温控制装置调控油箱内的油温.本实验所采用的测量仪器都是经过校正的,精度可以满足实验要求.先将光滑管加工成螺旋槽管,再加工三维翅片,隔板在管外沿螺旋沟槽缠绕,这样便于固定螺旋隔板.将缠绕螺旋隔板的三维翅片管和光滑管分别套入内径为28mm的圆管内构成螺旋隔板换热器,隔板间距为17.8mm,螺旋隔板厚度为1.2mm,螺旋角约39°,传热管有效长度为571mm.三维翅片管由φ16×1.6mm的光滑管进行加工,结构参数见表1.作为传热性能对比的光滑管,参数也为φ16×1.6mm.图1 实验装置系统图1-油箱;2-油泵;3-油流量计;4-换热器;5-水流量计;6-水泵、7-水箱表1 三维翅片管的结构参数类别有效管长mm翅片外径mm翅片高mm翅片距mm翅片间隙mm翅片厚mm翅片管 571 18.0 1.6 1.2 1.1 0.22 实验数据处理本实验是采用间接方法计算壳程传热系数.因为实验过程中直接测量壁温较困难,且传热管内还有螺旋凸肋,经典的Dittus-Boelter关系式不能应用,所以采用修正的威尔逊方法回归出管内水的对流传热系数,再计算出管外对流传热系数[5].本文的实验研究重点是获得船用螺旋隔板换热器壳程的传热系数关系式,壳程传热系数 a0由以下公式计算:式中 K0是基于光滑管外表面积为基准的总传热系数,Ai为管内表面积,A0为光滑管的外表面积, R为管壁热阻.ai是管内对流传热系数.壳程努塞尔特准数Nuo,可用如下式表示:式(2)中,dh为壳程流道的当量直径,λ为润滑油的导热系数.将实验测得数据进行能量平衡计算,得到水侧和油侧的能量平衡偏差均小于 2.2%,这证实了实验系统的可靠性.3 实验结果分析实验结果如图2、图3所示.图 2 三维翅片管与光滑管的壳程传热性能比较图 3 三维翅片管与光滑管的壳程压降比较图 2为三维翅片管与光滑管的壳程传热性能比较,图 3为三维翅片管与光滑管的壳程压降比较.从两图中可以看出,随着壳程润滑油雷诺数的增大,壳程的努塞尔特准数和压降也随之提高.在相同壳程雷诺数条件下,三维翅片管的努塞尔特准数是光滑管的2.1～2.8倍,这说明船用螺旋隔板换热器中,润滑油与三维翅片作螺旋剪切运动,激发了流体湍动,促进边界层的分离,从而强化润滑油流体的对流传热性能;而三维翅片管的压降则是光滑管的2.2倍左右,这是由三维翅片的存在造成形体阻力增加.综合比较传热和流阻性能,三维翅片管螺旋隔板换热器明显优于光滑管螺旋隔板换热器.根据Kline and McClitock[6]的误差传递公式计算出船用螺旋隔板换热器的壳程努塞尔特准数最大误差约为4.2%,压降误差约为±0.18kPa.4 数值模拟结果分析计算流体力学软件Fluent具有多种优化的物理模型,包括模拟层流、紊流;不可压缩和可压缩流动;传热;化学反应等,针对每一种流动的物理问题的特点,采用适合于它的数值解法在计算速度、稳定性和精度方面达到最佳.它是换热器的流动与传热性能数值模拟的常用软件.Fluent软件的数值模拟过程主要包括采用软件包GAMBIT前处理软件建立物理模型及划分网格;将生成的mesh文件导入Fluent求解器中,进行初始条件、边界条件、物性参数及松弛因子的设定,确定CFD方法的控制方程,选择合理的离散方法和数值计算方法进行数值模拟;将数值模拟结果进行后处理,获取流场、温度场及其他参数的可视化数据.本文研究过程中,将壳程和管程出口边界条件设定为压力出口,需要设定的参数是流体温度、出口当量直径、紊流强度,内外管壁采用耦合求解对流与热传导的热量交换,壳体壁面和隔板采用不可渗透、无滑移绝热边界,选择k-epsilon RNG流体模型和Simple数值计算方法.图4为Y-Z直角坐标体系内管程和壳程的速度矢量图,对于光滑管船用螺旋隔板换热器,其坐标参数为:X=0mm,Z=255～290mm;对于三维翅片管船用螺旋隔板换热器,其坐标参数为:X=0mm,Z= 261～296mm.管程雷诺准数=24500,壳程雷诺准数=2250.从图中可以看出,光滑管和三维翅片管船用螺旋隔板换热器内,管程内的冷却水为完全紊流,速度矢量非常混乱;壳程内的润滑油在光滑管表面的速度矢量比较均匀稳定,而对于三维翅片管,由于翅片激发流体产生扰动,速度矢量受翅片干扰形成涡旋和二次流,变得极不规则,从而强化了流体的对流传热,但同时也导致流体流动压降增加.图 4 壳程和管程的速度矢量图图5 壳程努塞尔特准数的实验值与模拟值对比图6 壳程压降的实验值与模拟值对比图 5和图 6分别是船用螺旋隔板三维翅片管换热器壳程努塞尔特准数和压降的实验值与模拟值对比.从两图中可以看出,数值模拟值与实验值吻合得较好,其最大偏差分别为6.6%和 10%,均在合理偏差范围内;而且数值模拟值均高于实验的计算值,这主要是因为数值模拟过程中没有考虑换热器的散热损失和船用螺旋隔板产生旁路流和泄漏流的影响,而在实际过程中是难以避免的.5 结论通过大量的实验和数值模拟研究,可以得出如下结论:(1)在相同壳程雷诺数下,船用螺旋隔板三维翅片管换热器的壳程努塞尔特准数是光滑管换热器的2.1-2.8倍,而压降则是2.2倍左右,证明三维翅片管能显著地强化油流体的对流传热.(2)Fluent6.3软件的数值模拟结果表明,船用螺旋隔板光滑管换热器壳程速度场均匀稳定,而船用螺旋隔板三维翅片管换热器的壳程由于翅片的扰动导致速度场不规则,形成了涡旋和二次流,从而强化了润滑油的对流传热.(3)船用螺旋隔板三维翅片管换热器的壳程努塞尔特准数和压降的数值模拟值与实验计算值吻合良好,证明模拟方法可靠.参考文献:[1] J.Lutcha,J.Nemcansky,Performance improvement of tubular heat exchangers by helical baffles[J].Trans.IchemE,1990,68(Part A):263-270. [2] D.Kral,P.Stehlik,H.J Van Der Ploeg,Bashir I.Master,Helical baffles in shell-and-tube heatexchangers,Part I:Experimentalverification[J].Heat Transfer Engineering,1996,17(1):93-101.[3] 杨军,陈保东,孙成家,螺旋与弓形折流板换热器性能对比及螺旋角优化[J].辽宁石油化工大学学报,2005,25(2):59-62.[4] K.Chunangad,Jr.O'Donnell,B.Master,Helifin heat exchanger[C].Proceedingsof the International Conference on Compact Heat Exchangers for the Process Industries,Begell House,New York, 1997:281-289.[5] D.E.Briggsand E.H.Young,Modified Wilson plot techniques for obtaining heat transfer correlations for shell and tubeheatexchangers[J].Chem.Eng.Prog.Symp.Ser,1969(92):35-45.[6] S.J.Kline,F.A.McClintock,Describing uncertainties in singlesample experiments[J].Mechanical Engineering,1953(1):3-8.。

船舶大幅横摇运动的三维数值模拟方法与流程Numerical simulation of large amplitude rolling motion of ships is a complex and crucial aspect of ship design and navigation. 船舶大幅横摇运动的三维数值模拟是船舶设计和导航中复杂而关键的方面。

It involves predicting the behavior of a ship in extreme conditions, such as heavy seas or sudden changes in weight distribution. 它涉及在极端条件下预测船舶的行为，如大海浪或重心分布的突然变化。

Understanding and accurately simulating these motions is essential for ensuring the safety and stability of ships at sea. 理解并准确模拟这些运动对于确保船舶在海上的安全和稳定至关重要。

One of the primary methods for simulating large amplitude rolling motion of ships is through three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) simulations. 模拟船舶大幅横摇运动的主要方法之一是通过三维计算流体力学(CFD)模拟。

CFD allows engineers and researchers to model the behavior of fluids around a ship in a virtual environment, providing insights into the forces and moments acting on the vessel. CFD允许工程师和研究人员在虚拟环境中模拟船舶周围的流体行为，从而洞察作用在船舶上的力和力矩。

换热器壳程流动与传热数值模拟理论知识简介2.1流体流动基本控制方程流体介质的流动必然会受到物理学守恒定律的支配，流体介质的流动要满足三个基本的物理量守恒定律，其分别为：物质的质量守恒定律和物质的动量守恒定律以及物质的能量守恒定律。

如流体介质的流动属于湍流流动状态，其还必须满足附加湍流输送的方程[38][39]。

2.1.1质量守恒方程质量守恒定律可表述为：在单位时间里流体微元体内质量的增加，等于同一时间间隔内流入该微元体的净质量[40]。

质量守恒方程可表示为： ()()()0u v w t x y zρρρρ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂ （2-1） 其中()()()u v w x y zρρρ∂∂∂++∂∂∂项是流体质量流密度的散度。

()()()()u v w div U x y zρρρρ∂∂∂++=∂∂∂，故以上公式可以用矢量符号表示为：()0div U tρρ∂+=∂ （2-2） 其中，ρ—流体的密度，U —速度矢量，t —时间，u ，v ，w 则分别是速度矢量U 在x 方向、y 方向、z 方向的坐标分量。

2.1.2动量守恒方程动量守恒方程可表述为：微元体中流体动量对时间的变化率，等于外界作用在该微元体上的各种力之和。

根据此项定律，流体在x 、y 、z 方向动量守恒方程可表述为：x 方向： ()()()()(2)[()][()]x u uu vu wu P f t x y z x u v u w u divU x x y x y z x zρρρρρμλμμ∂∂∂∂∂+++=-+∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++++∂∂∂∂∂∂∂∂y 方向： ()()()()(2)[()][()]y u uu vu wu P f t x y z y u v u w v divU y y x x y z y zρρρρρμλμμ∂∂∂∂∂+++=-+∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++++∂∂∂∂∂∂∂∂ （2-4）z 方向： ()()()()(2)[()][(z w u w v w w w P f t x y z z w u w w v d i v U z z x z x y y z ρρρρρμλμμ∂∂∂∂∂+++=-+∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++++∂∂∂∂∂∂∂∂ （2-5）其中，μ表示流体动力粘度，f 表示流体单位质量体积力，λ则称为流体第二分子粘度，对于气体可以取为2/3λ=-[41]。

高速船舶流场数值模拟技术研究现代海洋运输业的快速发展，导致需求越来越大的高速船舶，这些高速船舶对于流场性能要求极高。

然而，传统的船舶设计方法已经无法满足这种需求。

高精度、高效的数值模拟方法已成为不可或缺的设计手段。

在高速船舶流场数值模拟技术研究领域，数值模拟方法、模拟技术以及参数调整技术越发成为研究的关键。

一、数值模拟方法在高速船舶流场数值模拟研究中，最常用的方法是计算流体力学（CFD）方法。

CFD方法中最常使用的模型是雷诺平均Navier-Stokes方程（RANS）。

RANS方程可用于预测涡流结构和船体表面压力分布，从而对高速船舶的设计和优化提供定量数据支持。

在最新的高速船舶流场数值模拟研究中，研究人员还在使用大涡模拟（LES）模型。

LES能够提供更为精确的涡流信息，但相对而言模拟时间消耗较大。

二、模拟技术高速船舶的流场动态性强，常需要进行动态数值模拟。

因此，数值模拟中的时间步长和空间离散化的精度都对计算结果产生显著影响。

因此，诸如空间网格细度、时间控制、长度尺度等方面的模拟技术手段非常重要。

同时，在高速船舶的数值模拟中还需要处理复杂的问题，比如涡流结构、面团、可见玻璃球尺寸、海浪等各种因素。

研究人员常采用三维数值模拟技术处理这些变量，以得到更为精确的模拟结果。

三、参数调整技术使用数值模拟方法进行高速船舶的设计，关键在于运用合适与可靠的参数数值。

为此，研究人员需要发掘更多的关键因素并选择合适的数值。

调整的关键因素包括风向、浪浪、电缆绳索，水深、负荷尺寸，以及船体尺寸等诸多因素。

参数调整技术的另一重点是借助统计学方法。

这类方法可以预测任意一个参数可以带给设计的影响。

基于这些预留，调整的关键因素可以通过模拟预测的结果得到进一步的验证与修正。

总体而言，高速船舶流场数值模拟技术的发展随着科学计算手段的进步得到了极大地促进。

研究人员借助于先进技术手段，在模拟研究中可以更加深刻地把握船舶性能参数。

未来，技术手段会更加成熟，高速船舶流场数值模拟研究将更为丰富。

船用散热器空气流动的数值模拟周徐斌;马捷【摘要】基于标准k-ε湍流模型,分别采用正交六面体结构化网格与四面体非结构化网格进行网格划分,使用有限体积法对船用空气散热器内部腔室的流动进行数值计算,模拟散热器各个出口冷却气流的流动情况.比较发现,采用正交六面体结构化网格的计算结果的精度要高于四面体非结构化网格,其仿真更加逼近真实的流动状态.采用六面体网格划分进行数值模拟,发现气流在出口处所受到的喷管效应且气流的形态成直线,各出风口的出风量通过阶梯型设计处于均匀分布状态.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2013(042)001【总页数】5页(P36-40)【关键词】正交六面体结构化网格;标准k-ε湍流模型;船用散热器;空气流动【作者】周徐斌;马捷【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TH48本文研究的模型为近年来采用空气换热的电子机械设备中最常用的一种换热器模型，精确预测换热器出口的风量和流向是一个复杂的问题。

采用实验测定的办法往往耗时耗力而且成本较高，而且流场的可视化和湍流量的测量通过实验获取都十分困难。

有文献采用非结构化网格对散热器的问题进行过数值模拟，但是往往计算结果并不理想，往往最大误差可达20%［1-2］。

为探究精确模拟流场运动，提出采用流体力学数值模拟(CFD)的办法，用有限体积法和k-ε模型进行数值模拟计算;同时分别采用两种不同的网格划分(六面体结构化网格和四面体非结构化网格)对模型进行截然不同的网格处理。

1 理论模型由于散热器工作的环境压力为大气压，温度在298～325 K之间，整个系统为开放式系统，假设空气为不可压缩流体，整个流动过程为稳态湍流。

流体流动受物理守恒定律的支配，基本的守恒定律包括:质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律。

如果流动处于湍流状态，系统还要遵守附加的湍流输运方程。

船舶流场的数值模拟与水动力性能优化船舶的水动力性能是影响其行驶速度、稳定性和燃油消耗的重要因素。

为了研究船舶水动力性能的优化方法，数值模拟成为一种可靠和高效的手段。

本文将介绍船舶流场的数值模拟方法，并探讨如何通过优化船体形状和推进系统设计来提高船舶的水动力性能。

1. 数值模拟方法船舶流场的数值模拟主要包括两个方面：流体运动方程的求解和边界条件的设定。

流体运动方程可以通过Navier-Stokes方程来描述，其中包括连续性方程和动量方程。

为了简化计算难度，通常会采用雷诺平均Navier-Stokes (RANS) 方程，其中引入了湍流模型来描述湍流效应。

在数值求解过程中，需要建立离散的网格，并对每个网格单元的物理参数进行求解。

常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法。

通过这些数值方法，可以得到船舶在运动过程中的速度、压力和湍流强度等参数，进而分析其水动力性能。

2. 形状优化船体形状是决定船舶水动力性能的重要因素之一。

通过数值模拟可以对船体形状进行优化，以减小阻力、提高速度和降低燃油消耗。

形状优化的方法主要包括基于响应曲面模型的优化和基于直接搜索的优化。

基于响应曲面模型的优化方法可以通过建立数学模型来描述船体形状与水动力性能之间的关系。

利用数值模拟的结果作为训练样本，可以建立出响应曲面模型，并通过优化算法来寻找最优解。

常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。

基于直接搜索的优化方法则通过构建一组候选解来寻找最优解。

在每一次迭代过程中，根据当前的候选解进行数值模拟，并评估其水动力性能。

通过不断调整候选解的参数，最终找到最优的船体形状。

3. 推进系统优化除了船体形状的优化，推进系统也是影响船舶水动力性能的重要因素之一。

推进系统的优化主要包括螺旋桨设计和动力配置的优化。

通过数值模拟可以对不同螺旋桨参数进行评估，并选择最优的设计方案。

同时，通过动力配置的优化可以合理配置机舱和发动机的位置，使得推力的传递更加高效。

船舶动力学研究中的数值模拟技术探讨一、介绍船舶动力学研究是应用力学和流体力学原理，在船舶设计、操纵和性能优化等方面进行科学研究的领域。

数值模拟技术作为船舶动力学研究中的重要工具，在模拟和预测船舶在运动中的行为和性能方面发挥着重要作用。

本文将就船舶动力学研究中的数值模拟技术进行探讨。

二、船舶运动数值模拟的方法1. RANS模拟方法雷诺平均 Navier–Stokes方程组 (RANS)是目前船舶运动数值模拟中常用的方法之一。

它基于雷诺平均假设，将速度和压力分解为平均部分和涨落部分，并求解湍流通量的统计平均值。

虽然RANS的模拟精度一般较低，但它具有计算效率高的优点，适合于较大尺度的船舶运动数值模拟。

2. LES模拟方法大涡模拟 (Large Eddy Simulation, LES) 是一种适用于湍流流动的数值模拟方法，它通过直接模拟大尺度涡旋，对小尺度涡旋进行传输模型来实现。

相比于RANS方法，LES模拟具有更高的模拟精度，可以较好地模拟船舶运动的湍流特性。

然而，由于计算资源的限制，LES模拟仍然在船舶运动数值模拟中具有一定的局限性。

三、船舶流场数值模拟的方法1. 基于势流理论的数值模拟方法基于势流理论的数值模拟方法主要利用势流方程来模拟船舶在无粘流动中的流场。

通过求解势流方程，可以得到船舶周围的速度场、压力场等重要信息，从而分析船舶的流动特性。

基于势流理论的数值模拟方法适用于对船舶运动中的宏观流动特性进行研究。

2. 基于CFD的数值模拟方法计算流体力学 (Computational Fluid Dynamics, CFD) 是一种基于控制方程和数值方法，对流体流动进行数值模拟的方法。

在船舶动力学研究中，基于CFD的数值模拟方法可以较为准确地模拟船舶周围的粘性流场，分析船体表面的压力分布、阻力等因素，为船舶的设计和性能优化提供科学依据。

四、船舶动力学研究中的数值模拟应用1. 船舶性能预测数值模拟技术可以对船舶在不同工况下的性能进行预测，如船舶的阻力、推进性能、操纵性等。

潜艇武器发射系统发射控制阀三维流场数值仿真本文主要介绍潜艇武器发射系统发射控制阀的三维流场数值仿真。

该系统是潜艇的重要组成部分，用于控制潜艇的武器发射，在潜艇的战斗效能中发挥着重要的作用。

针对潜艇武器发射系统发射控制阀的特点和工作原理，本文基于CFD软件，利用三维流体动力学数值仿真方法，对发射控制阀的流场进行分析和优化设计。

在仿真过程中，我们首先进行了潜艇发射控制阀结构的建模和网格生成工作，保证了仿真的准确性和可靠性。

然后，我们通过数值模拟计算，得到了发射控制阀在不同工况下的流场分布和特性，对发射控制阀的关键参数进行了分析和评估。

仿真结果显示，在不同工况下，潜艇武器发射系统发射控制阀的流场分布和特性存在较大差异。

在优化设计过程中，我们针对这些差异，采取了一系列的优化措施，包括改善流场分布、优化流形设计、优化材料选用等，从而降低了系统的阻力、提高了系统的稳定性和耐用性。

在本文的三维流场数值仿真分析中，我们深入研究了潜艇武器发射系统发射控制阀的流场特性和优化技术，为潜艇武器发射系统的设计和优化提供了重要的参考和指导，有利于提高潜艇的战斗效能和作战能力。

为了更好地理解潜艇武器发射系统发射控制阀的三维流场数值仿真结果，我们需要进行数据分析。

在本文中，我们将介绍一些关键的仿真数据，包括流量、压力、速度分布等。

这些数据对于了解发射控制阀的性能和优化具有极大的参考价值。

首先，我们来看流量方面的数据。

在仿真中，应用不同的边界条件，模拟潜艇武器发射系统发射控制阀在不同条件下的流量。

通过统计仿真结果，我们可以得到流量随时间、位置的变化情况。

在设计优化过程中，流量是一个非常重要的参数，我们需要确定流量的最佳值，以实现有效的武器发射控制和高效的能量利用。

因此，我们需要对流量进行详细的分析和评估。

接下来，我们来看压力方面的数据。

在仿真中，我们可以得到每个流场单元的压力。

通过分析流场压力的分布和变化，我们可以了解到发射控制阀在不同条件下的压力状态，进而针对其压力特性进行调整和优化。

某船用锅炉过热器蒸汽流动与传热数值模拟的开题报告1. 研究背景及意义某船用锅炉过热器是船舶发动机系统中的重要组成部分，其主要功能是提高锅炉的蒸汽温度和压力，使锅炉输出的蒸汽更适合船舶的使用需求，并有效提高锅炉热效率。

然而，由于海洋环境的特殊性和船体动荡状态的影响，导致某些过热器蒸汽流动问题和传热问题难以得到解决。

近年来，计算流体力学（CFD）技术的快速发展，为解决过热器的流动与传热问题提供了一种可靠的数值模拟手段，能够模拟不同工况下的流场、温度场和压力场等参数变化，为优化设计和改善过热器效率提供可靠的理论依据。

因此，对某船用锅炉过热器的流动与传热进行数值模拟，可以深入研究其内部的流场和热场特性，为设计和优化过热器提供技术支持，提高其运行效率和节能减排水平。

2. 研究内容和目标本文基于某船舶的锅炉过热器，采用CFD方法对其内部的流动与传热特性进行数值模拟，主要包括以下内容：（1）建立某船用锅炉过热器的三维几何模型，包括工作介质腔、烟气腔和烟气通道等。

（2）利用ANSYS Fluent软件构建流场计算模型，分析某些重要参数对于过热器内部流动和传热特性的影响，如入口温度、蒸汽流量、进出口压差等。

（3）通过计算结果和实验数据的比对，验证模型的准确性和可靠性。

（4）分析模拟结果，深入了解某船用锅炉过热器内部的流动和传热特性，探寻优化设计方案。

本文的研究目标是基于数值模拟方法，深入分析某船用锅炉过热器内部的流动与传热特性，为优化设计提供科学依据，提高过热器的运行效率和节能减排水平。

3. 研究方法和步骤（1）建立几何模型：根据某船舶的锅炉过热器实际结构，采用CAD 软件建立三维几何模型。

（2）设定数值模拟条件：根据参数表格设置数值模拟的边界条件，包括入口温度、出口压力、流速、热通量、物性参数等。

（3）仿真计算：借助CFD软件ANSYS Fluent，进行数值模拟计算，模拟过程中要保存流体的速度、压力、温度等场量。

某船用锅炉过热器蒸汽与烟气传热流动数值模拟
陈明;李帮;眭洪涛;崔笑丽
【期刊名称】《热能动力工程》
【年(卷),期】2008(23)3
【摘要】对某船用锅炉过热器内部蒸汽与外部烟气的湍流流动、传热进行了整体的三维数值模拟。

针对该船用锅炉过热器的结构特点,应用Gambit专业软件对其进行三维几何建模和网格划分。

应用Fluent软件进行数值模拟,得出蒸汽流场的静压分布规律、流量分配规律、热负荷分布规律和过热器管壁温度场的分布规律。

模拟结果与过热器的实际运行工况符合较好。

对船用锅炉过热器的结构设计有重要的参考价值。

【总页数】5页(P298-302)
【关键词】船用锅炉;过热器;蒸汽流动;烟气流动;温度场;数值模拟
【作者】陈明;李帮;眭洪涛;崔笑丽
【作者单位】中国船舶重工集团公司第七○三研究所;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TK223.3
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