动态斜面式撇油器结构优化及数值模拟.pdf

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1、技术交流动态斜面式撇油器结构优化及数值模拟乔卫亮1，刘立伟2，祝彦兵3·(1．大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连116026；2．大连远洋运输公司，辽宁大连116001，3．中船重工第704研究所，上海200031)摘要：基于对现有动态斜面式撇油器工作原理和结构性能的分析，提出了“双重拖带”的概念，即表层传送带的拖带作用和底层水流的拖带作用。结合N．S方程，对“双重拖带”的作用机理进行了数值模拟。结果表明：“双重拖带”比传统拖带的作用收油效果更好，适用的溢油粘度范围也更广。关键词：动态斜面式撇油器；双重拖带；数值模拟中图分类号：U66

2、4．9文献标志码：AStructureOptimizationandNumericalSimulationofDIPSkimmerQIAOWei．1ian91，LILJLi—wei2，ZHUYan-bin93(1．MarineEngineeringCollege,DalianMaritimeUniversity,Dalian116026,China；2．蛐咖shjppillgCc㈣蛐116001，China3．No．704ResearchInstitute，CSIC，Shanghai200031，China)Abstract：Base

3、donthea咖括ofworkingprincipleandstructureperformanceofexistingDIP(DynamicInclinePlane)skimmer,theconceptofthe‘"dualtowing”isputforwara．Thatisthetowingrolesofupperbeltandlowerwaterflow．CombinedwithNavior-Strokesequation,themechanismof’'doubletowing’’isnumericallysimulatedT

4、heresultsindicatethattheeffectofthecollectingoilofthe‘"dualtowing”isbetterthanthatoftraditionaltowing,andtheappficativespilledoilviscosi(yrangeiswider．Keywords：dynam／cinclineplane(DIP)skimmer；dualtowing,"numericalsimulationl动态斜面式撇油器工作原理及性能分析动态斜面式(DP)撇油器的工作原理如图1所示。撇油器在母船

5、的拖带作用下在海面上前行，垃圾挡板可以阻挡海而漂浮垃圾进入运动斜而，在运动斜面的带动作J1j下海面浮油进入集油器，在集油器内部实现油水分离：浮油逐渐上浮，位于集油器上部空间，海水则由集油器下部的可调出口流出。聚集于集油器上部的浮油经过吸油管，在溢油刚收泵的作用下被送，动态斜面式撇油器在回4作者简介：乔卫亮(1986-)，58机电设备2014／02图1DIP撇油器工作原理图液一体化，防污染设备开发。整，且可适应的水流范围为O节～5节，是目前唯——种在围油栏失效的情况下仍然能够有效回收溢油的撇油器。该撇油器具有的优势主要为[1l：溢油回收

6、效率高、适用溢油黏度范围较大，在有风浪的情况下仍具有较好的回收效果。动态斜面式撇油器基本工作原理是利用围油栏失效过程中的“下游效应”，通过采取措施，将其作用进行放大，以达到溢油回收的目的。随着放大作用的增强，撇油器的溢油回收速度将会不断提高，即动态斜面式撇油器的溢油回收速度仍存在提高的空间，问题的关键是找到放大作用的方法和途径。2“双重拖带”概念的提出为了强化对海面浮油的拖带作用，本文提出了“双重拖带”的概念，即海面浮油除了要受到动态斜面式撇油器运动斜面的拖带作用之外，还要受到浮油下方水流的拖带作用，如图2所示。图2动态斜面式撇油器结

7、构优化示意图水流对浮油的拖带作用机理为：在撇油器壳体底部有一台大排量水泵，利用其抽吸作用，使流入撇油器的海水沿着流道底层壁面快速流动，在运动斜面底部与流道底层壁面之间形成了油水两相流动，通过合理设计流道尺寸，使该流动近似层流运动，从而在不破坏油膜的情况下，将浮油拖带至撇油器壳体底部。运动斜面对油膜的拖带作用机理为：处于流道底层壁面和运动斜面之间的油膜与运动斜面表面形成固液两相流动，运动斜面将浮油拖带至撇油器底部。在集油器中油水逐渐分离，海水被水泵排出撇油器，浮油上浮到集油器上部，当积累至一定厚度时由油泵排至母船上的储油装置中。3双重拖

8、带作用的数值模拟3．1传送带的拖带作用运动斜面的倾角为0，速度为n忽略壁面对油层流动的影响，油层为厚度a的黏性不可压缩流体，此时油层的流动状态可视为定常层流流动。3．1．1数学模型的建立建立直角坐标系，X轴沿传送带下表面