船用柴油机高温冷却水系统的CFD分析

船用柴油机排气高温原因分析及解决方法摘要：船用柴油机是大型船舶上主要的动力装置，排气高温问题的解决需要给予高度的关注。

因此，对于该问题的解决在这个领域中显得十分重要。

解决船用柴油机排气高温问题，可以提高柴油机的运行效率和使用寿命，降低船舶的运行成本，减少环境污染。

因此，对船用柴油机排气高温问题的研究是极其必要的。

关键词：船用柴油机，排气高温，原因分析，解决措施1绪论船用柴油机排气高温是指柴油机运行过程中，排气管内的温度超过了设计温度，导致传统的散热方式无法进行降温，严重影响柴油机的运行效率和寿命。

排气高温的产生主要是由于以下几个原因：（1）燃烧不完全：燃烧室内气体的温度过高，导致排气温度也随之升高。

（2）进气温度过高：当外部环境温度过高或者进气道设计不合理，会使得柴油机采取的空气温度升高，进而导致排气温度升高。

（3）排气管道结构不合理：船用柴油机长时间运行过程中，由于排气管道结构设计不合理，非常容易造成排汽管道内部压力过大，导致排气管道加热，甚至出现结焦现象。

（4）润滑不良：若机油油质过差或者不及时更换，可能会导致摩擦、阻力增加，进而增加排气温度。

（5）零部件老化：随着柴油机使用寿命的逐渐增长，机体内部零部件磨损、老化，可能影响柴油机的散热效能，导致排气温度过高。

2船用柴油机排气高温原因分析2.1 柴油机运行原理和排气过程概述柴油机是一种内燃机，其工作原理即是将空气压缩后，将柴油喷入到气缸内部，通过自燃，将化学能转化为热能，驱动活塞运动，从而输出动力。

具体运行原理如下：（1）进气过程：活塞向下运动，吸入空气。

在进气过程中，空气通过进气门进入气缸，并在排气门关闭的情况下被压缩。

（2）压缩过程：活塞向上运动，将气缸内的空气压缩。

柴油在高温和高压下被喷入气缸，并由于高温高压条件下的自燃而燃烧。

在压缩过程中，柴油被喷入气缸，并与压缩的空气混合。

（3）燃烧过程：柴油燃烧后，就会放热，使气缸内部的压力急剧升高，从而推动活塞向下运动。

摘要随着计算机技术、测量仪器和控制技术的高速发展，在现代自动控制领域中，应用了越来越多的先进测量控制技术、设备和方法。

在这些众多的先进测量控制技术中，由于单片微处理器的性能日益提高、价格又不断降低，使其性能价格比的优势非常明显。

因此，如何将单片微处理器应用到船舶自动控制领域，成为目前轮机自动化的焦点课题之一，为越来越多的科研机构所重视。

PID水温控制调节方法出现时间较早，已被大部分现代船舶所淘汰。

因此本文针对传统的柴油机中央冷却系统水温PID控制系统算法较为复杂，不能准确、快速、灵敏、稳定的调节柴油机冷却水的温度，提出了基于89C51单片机的智能冷却水调节系统的控制方案和具体方法。

在建立柴油机中央冷却系统高温淡水（缸套冷却水）冷却回路的动态热力模型基础上，将柴油机功率模糊信号引入到了高温冷却水温度控制系统中。

通过调节三通阀的开度，从而可以达到降低冷却水温度的动态偏差，快速而准确的调节冷却水温度的目的。

比较得出基于功率信号模糊预调节与水温Smith+PID调节的智能控制方法，明显优于常规PID控制方法。

在实际应用中实现了对船舶柴油机冷却水的智能精确控制，减少了油耗，延长了发动机的使用寿命。

关键词：智能控制；89C51单片机；精度高；速度快1AbstractWith the rapid development of computer technology, measuring instruments and control technology, the application of advanced measurement and control technology, equipment and methods were applied in the modern field of automatic control. Due to the improving performance and decreasing price of single-chip microprocessor, its cost performance became outstanding beyond the numerous advanced measurements and control technologies. Therefore, one of the focuses of the current turbine automation topics is to apply the single-chip microprocessor into ship automatic control, which has been paid attention to by more and more research institutions.PID temperature control adjustment method, which has the problems of complexity and can not accurately, rapidly, sensitively and stably control the diesel’s cooling system, had been eliminated by most modern ships. Therefore, this essay will focus on the the problems of the PID control system algorithm of the central cooling system water temperature in conventional diesel engines, and propose a control scheme and approach which is based on the 89C51 micro-controller smart cooling water conditioning system. The solution is to introduce the engine power fuzzy signal into a high-temperature cooling water temperature control system by establishing a dynamic model of the central engine cooling system temperature fresh water ( jacket cooling water ) cooling circuit on the basis of thermodynamic model. By adjusting the opening degree of the three-way valve to achieve the aim of reducing the dynamic deviation of water temperature and quickly and accurately adjusting the cooling water temperature. It can be significantly better than the conventional PID control methods system simulation studies which gains fuzzy intelligent control power signal pre-conditioning and water -based Smith + PID regulator. In practical applications, not only precise control of intelligent engine cooling water vessel is achieved, but also the fuel consumption is reduced and the life of the engine is extended.KEY WORDS:intelligent controls,89C51 microcomputer, high precision, high speed2目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第1章绪论 (5)第2章船用柴油机中央冷却系统 (10)2.1船用柴油机中央冷却系统工作过程 (10)2.2系统的构成 (10)2.2.1 系统结构图 (11)2.2.2 系统各组成部分功能说明 (11)2.3 系统的性能指标 (13)2.3.1 系统的主要技术功能 (13)2.3.2 系统的性能特点 (14)第3章系统硬件组成 (15)3.1 系统硬件组成结构图 (15)3.2 系统各部分结构 (16)3.2.1 测温电路 (16)3.2.2 A/D转换电路 (17)3.2.3 键盘与显示电路: (18)3.2.4 串行通讯模块: (19)3.2.5 声光报警电路: (19)3.2.6 主控单元(MCC): (20)第4章系统软件介绍 (22)4.1 温度控制系统算法 (22)4.1.1 系统的整体控制 (22)4.1.2 算法介绍 (23)4.2 计算机软件及功能 (28)4.3 单片机的软件设计 (30)34.3.1 主程序: (31)4.3.2 T.0中断服务子程序 (32)4.3.3 串行口中断服务程序 (33)第5章系统可靠性研究 (34)5.1 系统硬件的可靠性设计 (34)5.2 系统软件的可靠性设计 (36)第6章结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)4第1章绪论1.1课题提出背景船舶柴油机冷却水温度控制技术是轮机自动化技术的重要组成部分。

柴油机冷却水套的优化设计方法摘要：对于大功率柴油机的冷却与热平衡问题，冷却系统的工作性能直接影响到汽车的整个动力系统。

因此，开发高效可靠的冷却系统是进一步提高柴油机工作效率、燃油经济性和减少排放必须克服的关键技术问题之一。

采用先进的冷却系统设计和有效的研究方法是非常重要的。

利用CFD软件对多缸柴油机冷却系统进行三维数值模拟具有重要的工程应用价值。

与实验分析相比，更加直观，在改进过程中不需要制作实物，提高了整体工作效率，节省了大量的人力物力。

另外，近年来随着计算模型的改进和计算能力的不断提高，计算结果的准确性也得到了提高，完全可以满足工程的实际需要。

关键词：柴油机；冷却水套；计算流体动力学；有限元分析；为了快速设计柴油机冷却水套，采用建模与仿真相结合的方法，建立了柴油机样机冷却水套模型。

进行CFD仿真计算，通过对计算结果的分析，评估整个冷却系统的冷却效果，发现原机冷却水套存在的问题。

针对存在的问题，提出了改进方案，并对改进后的模型进行了计算分析。

一、试验样机冷却水套模型建立1.模型的建立。

利用某型号柴油机进行试验分析，该样机采用增压中冷进气方式，直列式六缸，尺寸为936 mm×777 mm×985 mm.运用三维绘图软件CATIA进行冷却水套的参数化建模，大致分为缸体水套和气缸盖水套，由于整体柴油机水套模型结构错综复杂，建立模型除重点区域（如气缸盖底部鼻梁区，进排气道周围关键区）细化外，其余非重点区做简化处理。

2.网格划分。

对柴油机冷却水套模型进行网格划分，采用非结构网格，其对模型整体适应性好.将已经建立好的CATIA模型以model格式导入ICEM进行网格划分，将气缸盖和缸体水套分开，作为两个整体分别划分，以减小计算的负荷加快整体进程，为使整体网格质量提高，局部区域需要网格细化.边界层划分有棱柱网格，保证流场试验结果的准确性；缸套中靠近气缸壁部分网格影响换热系数的准确性，需要细化，另外缸盖与缸体之间连接的上水孔也需要细化网格。

船舶冷却系统常见问题探讨徐景峰（吴淞海事局； 上海　200940）摘 要：汇总长江上海段2020年船舶冷却系统故障案例，分析该系统常见问题，梳理船舶冷却系统工作原理、主要特点、常见缺陷、检查要点和保养要求，挖掘船舶冷却系统故障的季节性规律，提出针对性整改建议。

关键词：船舶冷却系统；膨胀水箱；季节性规律0　引　言冷却系统是保证船舶动力装置安全可靠运行的重要系统，同时也是船舶故障频发的领域之一，经统计，2018-2020年期间，长江上海段船舶机电故障类型中，涉及主、辅机冷却系统故障的比例长期排在前三位，其中多起故障直接导致了船舶的搁浅事故，有关主机冷却系统的管理与维护亟须重视，本文结合日常检查中发现的常见缺陷，进一步梳理船舶冷却系统的主要问题和维保要点。

1　典型案例2020年10月，笔者对某船实施安检期间，发现该船主机膨胀水箱私接软管至疑似红色消防管路，见图1，这引起了检查员的质疑,经调查了解到，该船运行期间，主机冷却水温度始终偏高，膨胀水箱持续冒热气，船员担心主机冷却效果不好，遂自行在膨胀水箱与船舶压载管系之间安装了联通管，一边通过补水阀向水箱内补水，一边将箱内热水通过压载管系排出舷外。

在压载管系上私接管路的安全隐患暂且不说，如此改装在实际效果上并不能有效为主机降温，经安检员详细检查发现，该船冷却水高温的根本原因，是主机淡水冷却器堵塞，导致用以冷却淡水的海水循环管路不通畅，无法进行有效的热交换，不能带走循环淡水的大部分热量，直观表现就是膨胀水箱持续高温。

船员在膨胀水箱处建立了冷热循环，相当于仅置换了膨胀水箱内的热水，冷水很难进入整个淡水冷却水循环管路，是治标不治本。

2　工作原理介绍在上述案例中，导致冷却系统故障的根本原因，是船员对冷却系统的工作原理不熟悉，这里作简要介绍：（1）常规的冷却水系统是由海水和淡水冷却系统组成，即海水回路和淡水回路，在中小型船、内河船等采用较多，其工作原理：①海水回路：海水泵从海底门及海水总管中吸入海水，然后分几路，一路将海水送到主机空冷器中，另一路将海图1　主机膨胀水箱私接软管至疑似红色消防管路NAVIGATION航海51NAVIGATION航海52Marine Technology 航海技术水送人滑油冷却器，再经过淡水冷却器后与主机空冷器排出水汇集排至舷外，有些船舶还会分一路至齿轮箱滑油冷却器、中间轴承或主机排烟管。

内河巡标船主机冷却系统温度过高的问题研究及解决措施作者：***来源：《西部交通科技》2020年第12期摘要：文章介绍了巡标船柴油机冷却系统作用及其工作原理，并以“广西港航4104”巡标船柴油机为例，分析了柴油机冷却水系统与机油润滑系统高温故障及解决方案。

关键词：巡标船;柴油机;主机冷却系统;高温故障;解决方案0 引言随着航道等级的提升，特别是打造西江亿吨“黄金水道”以来，对航道管理养护工作提出了“更快速、更高效、更优质”的要求，需要提升航道养护船舶设备技术性能。

为提升航道养护船舶设备技术性能，增加船舶航行速度及动力，“广西港航4104”巡标船安装有型号为YC6A220C船舶用柴油机，直列6缸、增压水冷、双循环冷却、其额定功率为162 kW，额定转速为2 230 r/min，制造日期为2016-01-05。

在使用期间主机经常出现油温或水温过高提示报警或温度过高系统自动停机等情况。

1 巡标船柴油机冷却系统作用及其工作原理1.1 巡标船柴油机冷却系统作用柴油机通过柴油在内部燃烧产生动力，在燃烧时会产生热能，温度可达2 027 ℃，导致相关零部件的温度升高。

温度较高时柴油机内零件的精度、性能会受到影响，导致润滑度差，从而缩短它的使用寿命，降低工作效率，增大能耗[1]。

所以，冷却系统对于柴油来说是非常重要的，冷却系统正常工作应确保其温度合适。

1.2 柴油机冷却系统的型式柴油机冷却系统的型式一般分为风冷和水冷。

（1）风冷。

用空气作为冷却媒介质，将部分热量散发到空气中，并使温度保持在正常运转范围内，这种冷卻型式结构简单，使用维护方便，适用于缺水地区和小功率柴油机上。

（2）水冷。

用水作直接冷却媒介质将热量带出机体散发冷却水中。

其冷却效果好，控制冷却能力较方便，但结构较复杂，需使用大量冷却液进行冷却[2]。

YC6A220C型号船舶用柴油机的冷却系统采用水冷型式。

1.3 柴油机冷却系统工作原理YC6A220C型号船舶用柴油机的冷却系统是采用海、淡水双路循环冷却，如图1所示：淡水泵将淡水泵入滑油冷却器冷却滑油后，再进入冷却缸体及汽缸盖;从机体出来的高温淡水，经过节温器作用，一部分直接回到淡水泵入口，另一部分经海淡水热交换器后回到淡水泵入口。

cfd在现代柴油机进气道开发中的应用CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）在现代柴油机进气道开发中的应用引言：现代柴油机的进气道设计对于其性能和燃烧效率至关重要。

传统的进气道设计方法往往需要大量的试验和经验，耗费时间和资源。

然而，随着计算流体力学（CFD）技术的发展，它已经成为柴油机进气道开发中不可或缺的工具。

本文将探讨CFD在现代柴油机进气道开发中的应用，并分析其优势和挑战。

一、CFD在柴油机进气道流场分析中的应用柴油机进气道的设计需要考虑气流的流动特性以及与燃油的混合效果。

CFD技术可以模拟和预测气流在进气道中的流动情况，通过数值计算和数值模拟，可以得到流场的速度、压力和温度等重要参数。

在柴油机进气道的设计中，CFD可以帮助工程师们优化进气道的形状和尺寸，以达到最佳的气流分布和燃油混合效果。

二、CFD在喷油器设计中的应用喷油器是柴油机中关键的部件之一，直接影响到燃油的喷射效果和燃烧效率。

CFD技术可以模拟和分析喷油器内部的流动情况，通过优化喷油器的结构和喷孔的位置和尺寸，可以改善燃油的喷射效果和分布均匀性。

同时，CFD还可以预测喷油器附近的湍流和压力波动情况，以进一步优化喷油器的设计。

三、CFD在进气道噪音分析中的应用柴油机的进气道噪音是一种常见的问题，不仅会影响驾驶者的舒适性，还会对环境和周围居民产生噪音污染。

CFD技术可以模拟和分析进气道中的气流和声波的传播情况，通过优化进气道的结构和减震材料的使用，可以降低噪音的传播和产生。

CFD还可以预测不同驾驶工况下的进气道噪音水平，并提供改善措施的指导。

四、CFD在柴油机进气道热管理中的应用柴油机进气道的热管理对于提高燃油的燃烧效率和减少排放物的产生至关重要。

CFD技术可以模拟和分析进气道中的温度分布和热传导情况，通过优化进气道的散热结构和冷却系统的设计，可以有效地控制进气道的温度，降低热损失并提高燃烧效率。

某动力舱温度场CFD仿真分析摘要：本文分析了动力舱结构，采用CFD技术模拟整个舱内空间的温度场和速度场分布，为机舱内环境温度冷却系统设计及仪器设备布置提供依据。

关键词：动力舱；模型处理；CFD技术；仿真分析0引言动力舱是水下航行器的动力、电力中心，布置有柴油主机和发电机。

柴油机在正常工作时需要大量新鲜的空气，同时也向动力舱内辐射处大量的热量，发电机在工作时也向动力舱辐射处一定热量，这些热量会使舱内环境温度升高，而且由于放热部位分布不均匀导致机舱内的温度梯度很大：靠近放热设备的区域温度很高，远离放热设备的区域几乎没有温升。

相反由于航行器壳体整体位于水线以下，由于海水的吸热作用局部温度反而低于外界环境温度。

由此可见，船舶机舱的热环境是非常复杂的。

由于动力集成自动化程度的不断提高，机舱内各种用于监测、控制的精密仪表以及电子设备越来越多，这对机舱环境的温度、湿度等方面的要求更加严格，对舱内温度场的分布提出了更高的要求。

采用CFD技术模拟整个舱内空间的温度场和速度场分布，为机舱内环境温度冷却系统设计及仪器设备布置提供依据。

1动力舱结构动力舱内结构布置如下图2.1所示，柴油机布置在动力舱中，在柴油机两侧布置两台发电机，动力舱由隔热板分为两个空腔。

整个动力舱工作在水线以下。

图1动力舱组成（含冷却水路）动力舱工作时，柴油机和发电机是整个设备的主要热源。

由于动力舱处于严格密封状态，舱内的热量主要通过辐射和热传导的方式传递到隔热板和动力舱表面，最后由舱外海水带走热量。

2仿真过程详述2．1模型处理模型处理时，主要考虑以下2个问题：1）隔热板和动力舱壳体属于薄壁结构，按照实际结构建模和网格划分会非常困难，此次仿真时计算采用Shell Conduction的方法对其壁厚进行等效，因此在模型处理时会将其处理成0厚度面，以便后续计算时设定；2）需要将模型处理成2个计算空间——动力舱外海水空间，动力舱内气体空间，其中舱内气体空间又被隔板分为两个气体空间。

第六章冷却系统第一节冷却系统的功用、组成和布置一、冷却系统的功用柴油机工作时的燃气温度高达1800℃左右，使与燃气直接接触的气缸盖、气缸套、活塞、气阀、喷油器等部件严重受热。

严重的受热会造成：①材料的机械性能下降，产生较大的热应力与变形，导致上述部件产生疲劳裂纹或塑性变形；②破坏运动部件之间的正常间隙，引起过度磨损，甚至发生相互咬死或损坏事故;③燃烧室周围部件温度过高，使进气温度升高，密度降低，从而减少进气量；增压后的空气温度也会升高,并影响进气量;④润滑油的温度也逐渐升高，粘度下降,不利于摩擦表面油膜的形成，甚至失去润滑作用。

综上所述，为了保证柴油机可靠工作必须对柴油机受热机件，滑油及增压后的空气等进行冷却。

然而从能量利用观点来看，柴油机的冷却是一种能量损失,过分冷却将导致燃油滞燃期延长,产生爆燃和燃烧不完全，增加加散热损失；机件内外温度差过大,以致热应力超过材料本身的强度而产生裂纹，润滑油粘度变大而增加摩擦功的消耗；在燃用含硫量较高的重油时，将产生低温腐蚀，使缸套严重腐蚀等。

因此,在管理中应既不使柴油机因缺乏冷却而导致机件过热，也不使柴油机因过分冷却而造成不良后果,应有所兼顾.冷却系统的主要任务应是保证柴油机在最适宜的温度状态下工作，达到既能避免零件的损坏和减小其磨损,又能充分发出它的有效功率.近代，从尽量减少冷却损失以充分利用燃烧能量出发,国内、外正在进行绝热发动机的研究,相应发展了一批耐高温的受热部件材料，如陶瓷材料等。

目前，柴油机的冷却方式分为强制液体冷却和风冷两种,绝大多数柴油机使用前者。

而液体冷却的介质通常有淡水、海水、滑油等三种.淡水的水质稳定,传热效果好并可采用水处理解决其腐蚀和结垢的缺陷,因而它是目前使用最广泛的一种理想冷却介质;海水的水源充裕但水质难以控制且其腐蚀和结垢问题比较突出,为减少腐蚀和结垢应限制海水的出口温度不应超过55℃;滑油的比热小，传热效果较差,在高温状态易在冷却腔内产生结焦,但它不存在因漏泄而污染曲轴箱油的危险，因而适于作为活塞的冷却介质.二、冷却系统的组成和布置柴油机冷却系统一般是用海水强制冷却淡水和其它载热流体（如滑油、增压空气等)。

结合当前我国船用柴油机故障诊断技术的发展变化情况来看，现代科学技术水平的不断提高，使得柴油机从最先的事后维修发展到了定时维修，再到视情维修，有效提高了柴油机故障诊断技术水平，提高了柴油机运行时的安全性与可靠性，防止船用柴油机在正常运行中突发故障，影响对船舶的正常动力供给，确保船舶正常运行。

一、船用柴油机故障诊断分析1、船用柴油机油液成分以及状态分析在船舶运行过程中，柴油机需要长期持续运行，在此状态下，设备内部的各个零件磨损不可避免，长此以往，金属零件磨损程度越高，会逐渐在润滑油当中形成不少微粒，一旦船舶运行过程中，船用柴油机发生动力系统异常现象，那么相关人员可以从柴油机的油液入手，对柴油机的故障进行分析，明确柴油机内各个零件的实际磨损情况。

结合目前我国柴油机油液成分分析情况来看，常见的分析方法有光谱、铁谱两类。

铁谱分析仪在工作过程中首先会由蠕动泵采集油样，随后样品进入玻璃基片，在玻璃基片的周边有左磁极、右磁极等物，在基片中会完成油液分析工作。

油液铁谱分析仪工作原理如图1所示。

图1 油液铁谱分析仪工作原理在应用铁谱对船用柴油机进行分析时，可以获取柴油机内相关金属微粒的大小、成分以及形状，但是对于柴油机当中的有色金属很难开展高灵敏度的判别。

当采用光谱分析法在柴油机油液进行分析时，主要检测内容是对柴油机润滑油中磨损元件的含量进行检测，但是却没有办法有效获取柴油机的微粒形状以及磨损类型。

2、船用柴油机异常噪音以及振动分析根据船用柴油机的运行状态来看，柴油机在正常运行时，其设备内部的各个机械构件会进行有规律的振动与运转，因此在其正常运行状态下，可以利用传感器对其进行监控，检测发动机是否存在异常状态。

当柴油机在正常运行的情况下出现异常噪音，或者出现运转振动异常现象时，可以应用传感器设备对柴油机的运行信息进行采集，随后再通过相关处理器对柴油机信息进行分析与判断，在此过程中，一定要充分结合柴油机的运行动力学、工作原理、机械结构等技术参数，以便能够判断出柴油机的运行状态。

第37卷第8期2016年8月中国水运ZhongGuoShuiYunVol.37No.8Aug.2016柴油机排气温度异常，归根到底就是燃烧质量不好，燃油在燃烧室燃烧过程没有按照设计的要求进行。

柴油机正常燃烧过程是及时（在上止点前后发火并燃烧完毕，通常以毫秒单位度量）、完全、平稳（燃烧过程柔和并无敲缸现象，要求燃油在燃烧前必须经历燃油喷射、雾化、蒸发并与空气充分混合，还要求压缩空气到达一定的温度）和空气利用率高。

基于柴油机良好燃烧过程的要求，我们来剖析引起排气温度高的一些原因。

1柴油机排气高温原因分析引起柴油机排气高温的原因主要有换气质量差、燃油系统故障等。

1.1柴油机换气质量差会引起的排气高温柴油机换气质量的好坏对柴油机的燃烧过程有着很大的影响，与排烟温度也就是热负荷的大小有直接关系，这是我们轮机管理人员的共识。

在一些船上，由于忽视了对柴油机换气系统必要的保养，使换气质量变坏，导致柴油机过量空气系数α减小（不同柴油机燃烧过量空气系数有所不同，增压二冲程柴油机α=1.9～2.3；增压四冲程柴油机α=1.7～2.1），燃烧恶化，排烟温度升高，热负荷增加，可靠性下降。

空气量不足导致换气质量差主要有以下几个原因。

（1）气缸密封状态差导致空气量不足。

每一型号柴油机都有一个固定压缩比，即气体被压缩前后气缸的容积比。

一般四冲程柴油机进入气缸的气体被压缩终了时压力可达到3.7-4.2Mpa（也是我们常说的柴油机压缩压力）、温度将上升到550-600℃，瞬间可点燃被喷进气缸的燃油。

如果气缸密封状态差，压缩压力就会变小而导致压缩终点温度变低，就会使燃烧变迟而产生后燃。

气阀间隙调整不当；气阀卡阻；气阀漏气（尤其是排气阀因烧蚀而漏气）；活塞环因磨损严重或断裂而造成漏气等都会引起气缸密封变差的因素。

（2）扫气压力不足导致气缸进气量不足。

二冲程柴油机对扫气压力的要求是非常高的，管理过二冲程柴油机的轮机员都经常遇到这样情况，就是当主机由机动航行逐步加速到定速航行过程，开始时扫气压力是由辅助风机提供的，随着增压器效率的逐步提高，当扫气压力上升到一定值时辅助风机会自动停止，辅助风机自动停止的短时间内，各缸的排气温度和排气总管温度上升的非常快。

一船舶柴油机主要性能指标调整1.最高爆发压力(P z)的调整最高爆发压力爆压(P z)体现了柴油机在运行中主要的周期性变化的机械负荷，能够造成柴油机各运动部件的振动、疲劳破坏和磨损，适当提高最高爆发压力爆压(P z)可以提高柴油机的热效率和降低燃油消耗，但是过大的最高爆发压力爆压(P z) 会使得柴油机结构尺寸增大而变得笨重、螺栓预紧力增加而造成比压很高的结合面、破坏润滑油膜、冲击振动和噪音增大等，所以在跑合调整中要适当调整，一般先依据专利商提供的性能曲线将最高爆发压力爆压(P z)调整到要求值后再对透平转速和柴油机扫气压力(P s)作出判断，以确定透平匹配与否等。

在ISO工况下实测最高爆发压力爆压(P z)与设计值差值控制在6kPa以内，同时允许存在±3kPa的调整公差，但注意当在25％和50％等负荷时，若排除各种调整因素后还存在差值超过和3kPa的情况时是允许的。

2.压缩压力(P c)的调整扫气压力和余隙高度是决定压缩压力(P c)的主要因素，而且随着扫气压力和余隙高度的增加而增加，但是一般在ISO条件下的任何工况压缩压力(P c)与最高爆发压力爆压(P z)要控制在P z-P c≤35kPa，同时要注意各缸之间压缩压力差值控制在3kPa以内，如果超出范围，则应在满足设计扫气压力下利用调整存气垫片厚度(仅对同一装置号的首台机)或调整排气阀缓冲活塞的桥规值高度来调节。

一般来说，当增加1mm厚的存气垫片时可以增加1.2至1.3kPa的压缩压力，而每增加1mm的桥规值可以提升3kPa的压缩压力(P c)，但是一般增加的存气垫片以3-5mm 厚度为宜(注意最大厚度不要超过该机型图纸允许的极限值，通常最大不能超过8mm，否则会产生机械事故)，而桥规值可适当控制在47～51.2mm 之间。

3.排气温度的要求排气温度是直接反映柴油机缸内负荷大小和燃烧质量好坏，过高的排气温度不仅代表柴油机热负荷过高而且会造成其经济性和可靠性的下降。

0引言车辆热管理研究涉及多种边界条件，首先通过计算及测试手段获取各性能数据，换热分析常涉及如各换热元件的性能参数、热管理工况点、各个部件的换热量、发动机水套本体性能和换热部件的空气量边界等。

不同类型的数据获取方式不一样，零部件性能数据可以利用台架试验测试得到，一些无法试验获取的数据可以通过仿真分析确定。

接下来就部分部件测试过程及测试结果进行讲解，主要部件为水泵、节温器、散热器。

1冷却模块性能数据分析与测试冷却模块主要包括冷却水泵和节温器，其中水泵主要的功用是对冷却液进行加压，保证冷却液在冷却系统中循环流动，汽车中常用离心式水泵，主要结构包括水泵蜗室、叶轮、旋转轴及进出水口等结构。

冷却模块另一个结构为节温器，节温器是控制冷却液流动路径的阀门，节温器根据冷却液温度的高低来控制冷却液是否流向散热器。

1.1冷却模块的仿真分析首先确定冷却模块中的水泵和节温器性能数据，为了验证这两个部件性能数据的准确性，首先对这两个部件进行仿真分析，获取节温器流阻性能数据和水泵单体性能数据，然后再利用台架试验验证分析结果的准确性。

冷却模块CFD（计算流体动力学）首先依据三维几何模型进行流体域的抽取，然后再通用有限元软件中进行几何处理和面网格的划分，接着在流体软件中生成流体网格并将边界条件输入，最后进行CFD分析以及计算结果的查看。

首先对冷却模块进行流体域的抽取，将冷却模块流体域各进出口进行了标注，该结构主要包括节温器和水泵两部分。

然后对冷却模块进行模型处理及网格划分，最后生成流体域，为了保证分析结果准确性，需要保证网格具有较好的质量，最后给定不同的流量和压力边界进行冷却模块的CFD分析。

根据不同流量和压力边界下的分析结果统计出节温器流阻性能曲线和水泵单体性能数据，结果如图1所示。

其中图2为节温器流阻特性仿真结果。

图3为水泵单体性能仿真分析结果，水泵扬程数据与系统阻力情况直接决定系统流量分配情况。

图1冷却模块分析结果1.2冷却模块试验为了保证节温器流阻数据和水泵单体性能数据的准确性，需要进行节温器单体台架试验和水泵单体性能台架试验。

一冷却水系统1.冷却水系统的防腐保护柴油机冷却水必须仔细处理，保存和检测，以避免腐蚀或形成沉淀，从而使热传热效率降低。

因此很有必要对冷却水进行处理。

应按如下步骤进行处理：1）清洗冷却水系统；2）注满带防腐剂的无离子水或蒸馏水（来自淡水发生器的水）；3）对冷却水系统和冷却水状况进行定期检查。

遵守这些预防规定，确保系统排泄良好，就会使由冷却水引起的故障降至最低。

2.冷却水系统的清洁处理1）在防腐处理之前，必须除去系统中的石灰沉淀层，铁锈和油泥，以改善热传导和确保防腐剂对表面进行保护的均匀性。

2）清洁处理应包括除油泥，酸洗除锈和清除水垢。

3）水乳化清洁剂和弱碱性清洁剂一样可以用于除油污过程。

4）不得使用含有易燃物的预混合清洁剂。

用酸除锈时，推荐采用以氨基硫酸，柠檬酸，酒石酸为基础的专门产品，这些酸通常固态易溶于水且不会散发出有毒的蒸汽。

5）清洁剂不应直接混合，而应溶于水后再加入到冷却水系统中。

6）清洗时一般不必拆卸柴油机零件，水在柴油机中循环才能达到最佳的效果。

3.未净化的水1）建议使用无离子水或蒸馏水（如由淡水发生器产生水）作为冷却水。

由于硬度较低，这种水还具有相当的腐蚀性，应不断加入防腐剂。

2）如果没有无离子水或蒸馏水，特殊情况下可使用饮用水。

但是水的总硬度不得超过9°DH。

要检查水中的氯化物，氯，硫酸盐，硅酸盐的含量。

它们不能超过下列值：氯化物：50ppm（50mg/L）；氯:10ppm（10mg/L）；硫酸盐：100ppm （100mg/L）；硅酸盐：150ppm（150mg/L）。

3）水中不得含有硫化物和氨。

绝对不能使用雨水，因为雨水可能已被严重污染。

应该注意的事，对水的软化处理会降低硫酸盐和硅酸盐的含量。

4.防腐剂为了防止船用柴油机的淡水冷却系统被腐蚀，可以使用各种各样的防腐剂。

通常推荐使用亚硝酸盐—硼酸盐基的防腐剂；不推荐用防腐油处理冷却水。

因为这种油粘在传热表面是危险的；铬酸盐防腐剂不能用于与淡水发生器相连的设备里；可以用不加防腐剂的水补充蒸发掉的冷却水。

船用柴油机淡水冷却系统设计陈龙(广船国际技术中心）摘要：本文主要介绍船用中、低速柴油机冷却水系统的相关配置以及各自的冷却 原理，以及在船舶设计过程中关于各自的冷却特点。

关键词：船用柴油机；冷却水系统DOI：10.3969/j.issn.2095-4506.2017.02.0020前言船用柴油机堪称船舶心脏，对于船舶 的正常航行起着举足轻重的作用，冷却系 统是一个可以用来考核船舶心脏正常跳动 的一个强有力指标。

冷却系统的好坏能够 直接决定柴油机功率性能能否持续发挥。

对于船用的中速四冲程柴油机和低速二冲 程柴油机而言，虽然做功方式和使用场合 上有些差异，但因为柴油机的缸套、活塞、缸盖以及空气冷却器等部件随着柴油 机的运转大约有30%的燃烧热量需要散出，这些需要散出的热量必须用一个流动的冷 却水系统来进行热量的持续传递，所以都 必须配置有冷却系统提供给柴油机，以保 证受热部件的正常稳定温度，从而使柴油 机能够持续的运转。

1冷却水系统的介绍及相关配置船用冷却水系统从冷却介质上分有海 水冷却系统和淡水冷却系统；从冷却方式 上有开式冷却和闭式冷却；淡水冷却系统 根据被冷却部件的不同可分为髙温冷却和 低温冷却两种冷却方式。

由于淡水的水质稳定，传热效果好并 可采用水处理解决其腐蚀和结垢的缺陷，因而它是目前使用广泛的一种冷却介质。

海水的水质难以控制且其腐蚀和结垢问题 比较突出，为了减少腐蚀和结垢，海水的 出口温度一般不宜超过45° ,因而目前很 6少使用海水直接对柴油机进行冷却。

现行的船舶冷却水系统设计中一般是 中央淡水循环冷却，用淡水直接对柴油机 进行的闭式循环冷却；海水对淡水进行直 接冷却，采用开式冷却的方式。

柴油机的冷却水系统配置上有高温水 泵、缸套水预热器、缸套水冷却器、低温 水泵、中央冷却器、膨胀水箱等相关设 备。

其中高温水泵及缸套水预热器，缸套 水冷却器属于尚温水系统；低温水栗，中央冷却器属于低温水系统。