大型船舶集中式送风风量动态分配计算分析.docx

大型船舶集中式送风风量动态分配计算分析隋景鹤，刘亚琴2,王金玲3<1.中国舰船研究中心，武汉4三W:2.海装汇阳局.沈阳110000：3.哈尔滨工程大学航大与建筑工程学院，哈尔滨150006)摘Xi为分析集中式送风系统风量动态分配问题，采用网络分析理论，对卅舶大型集中式送风系统建立计算模型，通过求解各处风量，得出末端用户开司对其它用户的影响，进而分析集中式通风系统设计中应注意的问题，为册舶集中式通风系统设计提供理论支撑.关伺，通风：务用户：计算模型中图分类号：I文晔gsA【DOI】l(H378Mj2Ol5ZOO5批注1:补充TheAirDynamicDistributionCalculationandAnalysisOfCentralizedVentilationonLargeshipsSUIJin-peng,.LIUYa-qin2.WANGJin-Iin3(1.ChinaShipDesignandResearchCenter.WUhan430OM,China;2.TheNavyEquipmentDepartmentofShenyang,LIaOningShcnyangH(MMM).China:3.Aen>sf)accandCivilEngineering.HurbinEngineeringUniversityCollege.Hurbin150006、China)Abstract:hiorderioKelheairdynamicdistribution可CenlrUliZedXyNlegthisButIyuxeneh>rkOtialyxistheoryroestablishcalculationmodelofcentralizedairsupplysystemsurfacelargeship.Bysolvingtheairdistributi<manu>uu,“vcunanalyzetheinfluenceufenntmxuser,.vstale"v4叨iothe<nheruser.Then,themartersneedinga11entionofcentralizeairsupplysystembegottoguideIheCenfraliZeairsupplysystemoflargeship.KeyM,<>rds:VentikUicn;multiuser;calculationmodel0引盲婚舶的舱室环境可分为为人员长期工作或生活舱室服务的空调系统和为设备舱室服务的通风系统。无论是空谓系统或通风系统均需要从外界引进大量新鲜空气。传统的设计方法多为每个播要新鲜空气的处所各自对外开口，对外开口分IftnL船舶集中式通风系统设计是不同于单个舱室独立通风系统设计的一种设计方法，集中式通风设计是利用集中式围井进风，再通过儿台风机将新风分别送至各舱室。集中式通风可有效的减少对外通风筒、格栅等布BL减少对外开口,2.美化外观设计.简化操作流程，是，种新型的设计方法。集中式通风系统设计时，由于共用一段用井，各风机之间相互干涉，一台风机风量变化必然对整个系统中其它用户产生影响.本文通过采用网络分析理论.对船上复杂通风系统构建风量、乐力网络分布图，建立由节点和分支及其关联关系所表示的网络图模型1%结合船舶空调通风系统实际运行特点，求解通风网络图上各分支上的流量、流向及各节点的压力信息，分析各参数对系统凤量动态分配和平衡的影响，进而分析集中送风设计中可能存在的问期，以优化通风系统设计.为大型船舶集中进排气设计风量分配和平衡调节提供理论指导。1 三MSM*Xr1.1 计算方法首先需根据设计手册1制和相关设计要求甘算出各服务处所的通风期*初步选定系统风机风乐和风量a通风管网系统风量:和风压是通风系统的两个基本量，它们方面受风机性能特性曲线的影响.方面受管收稿日期：2015-01-22：傩回日期：作者简介：物景鹏（出生年份一）.性别.职称或学历.主要从事工作或研究方向。Jttalyang补充通讯作者：刘亚琴1981-）,女，工程师。研究方向：船帕辅助系统设计。网阻力特性的影响，总量增大时，管网的附力增加，管网阻力增加时.又使得凤机的压头提高，风量下降。因此，管网计靠的首要目是要找到风机次际运行的工况点.在水力计算中各通风管道的单位长度摩擦阻力以及某些组件的局部阻力系数都与凤量存在耦合关系.当系统通风量改变时这些系数也会改变，进而又引起14量的变化,这是需要反复修正的迭代计算过程。本文在传统计尊的基础上，根据规范己有的数据建立管道单位长度摩擦阻力及局部阻力系数与收量的耦合方程，同时建立管道沿程阻力及局部阻力计算的方程以及风机曲线方程，对通凤系统计算过程进行程序编译.采用动态松弛因子，进行智能迭代计莫.进而实现对通风系统管网的动态分析。12计JW®本计兑模型选用某水面船舶上已有的一段国井上较为品亲的通风系统为模型.选用一个送风系统做为计靠输入，来研究集中式送风系统中可能存在的一些问题,为便于计算，将给定的送风系统图中的风机和管道进行编号，分别如图1所示。0国I集中送风模型Qp-=Qn+Qn+Q+Qn(I)Q% =0+Qq+Q-(2)莪"薪(3)Q%.“ = QF口(4)Qj =。门 +Q13计算方程I）各管段风量计霓批注HanN:请确认下标是告正确式中：0表示管段的风量：。r表示风机的风量。2）各管段局部阻力计算局部阻力：万=<a=63沿程阻力：Py=RJ管道总阻力损失：P=Py+Pj批注WmjS3:图中的字母参数应与公式保持一致.斜体.且下标标识正确进-步确认全文图和公式中的Q，P.F的下标是否正确UD(12)(13)(14)(15)(16)批注yang5:图中的字母参数应与公式保持一致,斜体且 卜标标识正确式中：&表示单位长度摩擦阻力：j为局部阻力系数：一为空气的密度：A为管道的域面积.3）各用户风口阻力的确定图2风机风分配以风机Fl为例，风机Fl的风量等于其支路叫个风口Fl"、FL2、F13Fl414量之和，如图2所示，即，Q+Q?+Q；+0=Qn对风口Fl-I:H=QMHd=0】/&2vlj=vifp耳TQE3%：定会对其他用户的运行产生影响。表2分别给出了Fl、F2、F3、F4、F5用户的风压及相应风Ift的变化的具体数值及变化幅度。由以上表2数据分析可以得出：1）当末端用户关闭时各用户风量及风压都会发生改变，院若其他风机的关闭，风压呈下降趋势，风量呈上升趋势，且凤量的改变幅度大于凤压的改变的幅度，这种改变的结果是通风系统仍能满足通风要求，但送、排凤量较原来增大，噪声会相应增加。2）末端用户关闭越多,运行用户受的影响会越大。一3）用户F4对其他用户的影响比较大，这是因为F4的设计流量破大，所以它的启闭会对系统干管产生较大的影响，进而影响其他用户。4）用户F3受他用户的影响不明显，这是因为F3用户支路的阻力较大，所以系统干管对其产生的影响较弱，其流量Bfi阻力的变化不明显.通过Rl力计止建立下统各支路电力-以曜方程P=f（Q）由Mt机曲线拟自风机风置一阻力方程QxP）随机定义Fl.F2、F3.F4、F5的初始风Ja伯Q0LQo2、Qe*3、Qt>4、Qt,5¾c . 5按腮i砸瞰方件Q晒计。行到用 应凤压卜风机J4&值（H. Ql2、Q|3.Q】4、Q15国3计算流箕 一 批注yang6:确认上下尿是否正确式中：VI为风口Fl-I的平均出风速度；Q,为风口Fl-I的出风量：A为风口Fl-I的面积：Md是风口FlJ的动压速度：如为取机Fl的风量：4n为管段PI2的截面积；VU为是风口Fl-I的峥压速度："是风口流量系数；凡是风口Fl"的静压:"空气的密度；尸Id是风口Fl-I的动压.其它风口类推.对于已定风机，其运行按照其固有的风机特性曲线曲线运行.根据凤机特性曲线图拟合出风机风量-风压关系公式。每个风机负击一部分管道阻力，管道阻力改变引起风机风压变化，谷凤机会随着各自的风机曲线运行这祥又会有一个新的风量.在新的风量下按照上面的计算乂会有新的风压又得到新的风量像这样迭代进行直到计算结果收敛，这时的风压与风量就是各风机运行稳定时各自的风压与风量.计算流程图如图3所示.2计算结果及分析2.1AM±mHOUI通过平衡各段管网，最终计律得出的风机风量、风压如表1所示。22末用户开用对其他用户的!绅对于确定的通Ml系统，当部分用户关闭时，通过干管的总风量减少，干管的阻力也会随之减小，这必由P=f（Q）得到凤机FLF2、F3、F4.F5支路的风压值表I送风系统风机联风压，风与计算风压，风的比较压力俏风机FlF2F3F4箭i定全乐70070040001600计算全压71770738481652偏空度2.4%1%-3W%3.25%风贵.>lm,h'1额定总量ImHOOIO2500计算风量IQ5OJ07510652597偏基度-4-5%23%6.5%3-9%表2送风系统末端用户关闭对其他用户的影响送风系统末端用户关对其他用户风证的影响关闭的用户FlF2匠3送风*m'h"变bta度送风量n3I变化蛇度送风StM变化幅度送凤StzinMr'变化幅度全开IMO107510652597关闭FlM39<V10761%26602%关闭F211126%10741%2X92%关闭F311146%11356%26924%关闭F4119914%121513%JO14-5%4%关闭FI21085270关用F13IlDl11%27496%夫HiF14125517%10214%关用心116927395%关H1F24123818%1020-4%关用RM123518%124916%关闭FlH2侬?%关用Fl241024-4%关美F134127719%关闭F234126120%送风系统末端用户关Hi对其他用户风乐的影响关闭的用户FlF2F3送风量/Pa变化幅度送4量俏变化幅度送风gPa变化幅度送WIflt/Pa变化幅度全开10507D7384«1652关用Fl717685-3%38370%1629-¼关闭门-3%38400%I6S4-1%关闭F3侬-3%6873%1617-2%关闭F4例-8%«58-7%3«901%关H1FI266338330%1612-2%关用F136666%1597-3%关闭F14643-9%38881%关闭F23-6%160!-3%关RIF246749%38881%美用巨H649-9%645-9%关阴FI236511583-4%关闭Fl2438811%关闲F"4636/0%关PflF2341261-11%3结论随着现代造船水平的不断发展，船舶设计水平越来越高，空调通风系统设计由原来的分散化设计向集中型、紧凑型发展。大型曲舶舱室较多，功能各异.空调通风系统服务处所差异化较大，各处所的使用时间也不尽相同，因此增加了系统设计的复杂性和可用性。目前.有关多用户集中式送风系统设计研究较少,注筑空调通风设计中.有单独使用一台风机客服公共审阱部分阻力的设计方法口，但对于末端用户风量有变的情况不好控制。本文通过对典型集中式通风系统进行建模.通过理论计算.总结出了如下设计规律.供集中式送风系统设计参考：I）集中式送风系统设计时，应按系统中最大风量来设计。各用户的风量根据需要进行设计，风机压头选择应考虑客服用阱阻力、管段阳力及支路上各阀件等附件的阻力之和。2）在系统设计时.应尽量保持备风机用户之间的风量均衡。当系统中存在大风量用户时，当开启或关用时，或给其它用户造成较大影响.3）末端用户的开关对其它用户产生影响主要是通过共用困阱部分产生。设计中应尽量将困阱部分的吼力降低，如降低困阱风速.减少围阱尺寸突变，当围阱有大角度转向时，应增加导流等措施.当共用部分的图阱阻力降低时，系统阻力主要在风机之后，各用户之间的相互干扰可明显降低。4）集中式揖凤系统各用户之间的相互影响需进一步研究分析。*±M:Hl李光，陈志雁,周佳宇，等.中小型水面舰船空调系统设计研%JJ中国舰船研汽2003):554.|2宋Ifc华.水面舰艇空调通风系统技术状况及展里J.上海造船.2007(1):35-37.13泾焕农.计0机在通风管道及计计算中的应用UL造船技术.I99%2):40-43.HJ中国船傲业总公司.肥舶设计实用户册轮机分册IM.北京：国防工4k出版社.1999.|5|金小闯.蒋合叶，黄林峰.船舶舱室通风设计与分析国机电信息.2013(24):154-155.|6|景思F,张鸣远.流体力学M.西安：西安交通大学出版社.2001.|7|居发礼，付样轲.范军辉.动力分布式通风系统出计方法Q.煤气与热力.2012.32(II):17-21收稿日期：2015-01-22：修回日期：作者简介：刘亚号IWI-h女.工程师C研究方向：船舶轴助系统设计C作者介绍：刘亚写(1981主),女，硕士，工程即，中国税船研允中心,研完方向：船舶辅助系统设计。E-mail:联系电话：通信地址：