自流冷却系统内流场及其部件的三维数值模拟

摘要

本文的研究工作为自流冷却系统流动特性研究的一部分，采用数值计算方法对自流冷却内流系统及其组成部件进行了三维数值模拟。 通过对内流部分网格模块化实现与船舶外流场整体数值模拟，计算分析了内流场流动特性和阻力特性，得出了内流场在不同运行工况下自流冷却系统的阻力特性和流动分布。 对内流系统的主要部件，包括凝汽器、蝶阀、栅格进行了详细三维数值模拟,并与已知的试验数据比较，结果吻合较好，从而间接验证整体数值模拟的正确性。 采用多孔介质模型对凝汽器水侧流场的流动特性进行数值模拟，其整体阻力特性与试验数据吻合，表明该模型和计算方法正确，解决了凝汽器水侧数值计算建模的困难和网格数量过大问题。从计算所得的三维流场可清楚地掌握影响凝汽器工作的重要因素。该方法可推广到其他管壳式换热器的水侧的研究中，为设备的结构优化和安全分析提供基础。 利用对称性，采用分区计算，对该凝汽器水侧进行了全尺寸实体数值模拟，对整体流动特性而言，得到了和采用多孔介质模型进行模拟时相似的结论，从而进一步说明采用多孔介质模型对凝汽器进行简化的正确性。详细计算结果还给出了各个冷却水管路内的流量分配和速度分布所存在的差异，可为进一步优化水侧结构机构设计提供依据。在此基础上，初步设计了一种导流装置，加装到凝汽器进口水室以改善其流动特性。数值模拟表明，进口水室的流动特性有明显改善，凝汽器阻力损失有所下降。