船舶余热在北极通航船舶关键舱室温控中的模拟研究

摘要

进入21世纪以来，全球气候变暖，北冰洋海冰迅速消融，同时一条横跨亚欧大陆全新的海上生命线随之应运而生。北极东北航线的开通为处在低迷期的航运业注入了新的活力，其中所蕴藏着的巨大经济潜力已然成为全世界关注的焦点之一。
　　北极通航同时也面临着传统航线从未遇到过的挑战。其中，通航船舶的锚机、绞缆机、液压舵机等部分关键甲板机械的液压油受制于极地的低温，时常会出现由于流动性变差而导致启动、运行障碍等问题，影响了船舶的日常营运、作业，以及船员的生活;另外，船舶的高温淡水余热中很大一部分都作为废热而未被利用，造成了不必要的能源污染和浪费。因此，将船舶高温淡水的废热和蒸汽的余热，应用于北极通航船舶甲板机械液压油控温的研究，是当前一个重要而具有现实意义的课题。
　　文章首先介绍了船舶主柴油机冷却水系统的发展历程和甲板机械液压系统的传动机理，论述处在低温环境中液压油凝点、粘度等因素变化给甲板机械带来的影响，并基于此提出设计一套利用船舶高温淡水及蒸汽余热加温的系统，大致方案为:在通航船舶舵机房及左右艉尖舱分别加装板式热交换器，利用缸套水从主柴油机带出的部分废热，通过自然对流的散热形式，间接实现对液压油柜的加热和控温;同时，在船舶高温淡水系统中加装一个拥有更好换热效率的波节管式热交换器，利用蒸汽余热实现对高温淡水进行加热，保证输送的热介质具有恒定的温度值。然后，文章利用传热学、流体力学中相关公式，建立理论计算模型来验证控温方案在热量传递方面的可行性，核算高温淡水传输管系和待加热舱室壁面保温材料的厚度，并进行相应热交换器的选型计算和公式推导。最后，文章通过采集实船数据对上述计算过程进行案例分析。结果表明，上述设计方案从理论上来说是可行的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 北极通航的发展现状

1．1．1 北极通航的现实意义

1．1．2 北极通航的研究现状

1．1．3 北极通航的瓶颈问题及对船舶的影响

1．2 船舶柴油机余热利用的研究现状

1．2．1 船舶柴油机余热的构成

1．2．2 国内外柴油机余热利用的研究现状

1．3 研究目的与研究内容

1．3．1 研究目的

1．4．2 研究内容

第2章 基于高温淡水及蒸汽余热利用的舱室控温系统设计原理和方案阐述

2．1 船舶柴油机冷却水系统概述

2．1．1 船舶柴油机冷却水系统的发展过程

2．1．2 典型船舶柴油机冷却水系统简介

2．2 极地温度对船舶甲板机械的影响

2．2．1 甲板机械的液压传动机理简述

2．2．2 极地温度对液压油的影响

2．3 北极通航船舶加温系统的方案设计

2．3．1 加温系统设计方案原理

2．3．2 船舶常用换热器类型和选材

2．4 本章小结

第3章 舱室控温系统理论计算模型

3．1 船舶舵机房和艉尖舱所需热量的核算

3．1．1 舱室加温所需热量的计算方程式

3．1．2 船舶主机高温冷却淡水总负荷的计算方程式

3．2 高温淡水传输过程中管系热量损失的核算

3．2．1 管系热量损失的组成和计算方程式

3．2．2 管系保温层的选择

3．3 舱室壁面散热损失的核算

3．3．1 舱室壁面散热原理和计算方程式

3．3．2 舱室壁面保温层的选择

3．4 机舱中高温淡水换热器所需换热量的核算

3．4．1 波节管式换热器传热机理

3．4．2 波节管式换热器所需换热量的计算方程式

3．5 换热器的选型计算

3．5．1 换热器传热面积计算

3．5．2 采用管壳式换热器的选型

3．5．3 采用板式换热器

3．6 本章小结

第4章 实船案例分析

4．1 参数采集

4．1．1 实船参数采集

4．1．2 相关标准参数

4．2 实船数据计算结果

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 本文结论

5．2 论文展望

参考文献

附录

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介