舰船典型集体防护区域舱室环境数值模拟.pdf

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1、第46卷第3期船海工程Vo1．46No．32017年6月SHIP&0CEANENGINEERINGJun．20l7DOI：10．3963／j．issn．1671—7953．2017．03．029舰船典型集体防护区域舱室环境数值模拟杜红霞，王俊新(中国舰船研究设计中心，武汉430064)摘要：为优化集体防护区域舱室环境，采用流体计算仿真软件Airpak对典型集体防护区域进行数值仿真计算，通过设置合理的设计参数、建模并划分网格，得到集体防护区域压力场、速度场和温度场分布，计算结果表明，集体防护区域内超压值分布合理，舱室温度、风速符合人员生活、_T作的舒适性要求

2、。关键词：集体防护区域；舱室环境；数值模拟中图分类号：U698文献标志码：A文章编号：1671—7953(2017)03-0125-03核生化条件下，水面舰船集体防护系统利用滤毒通风装置滤除外界空气中含有的放射性灰尘、生物战剂、毒剂气溶胶及蒸气后，将洁净空气送人集体防护区域内，与其周界上的超压控制设备协同⋯，在集体防护区内建立一定的超压，阻止外界环境中核生化污染物进入集体防护区，使舰员在无需佩戴个人防护装备的情况下完成作战任务。集防区内舱室压力、温度、气流速度分布直接影响集体防护的效果和人员的舒适性，目前空图1集体防护区域模型调舱室的数值模拟已经成为常见的

3、设计验证手段，但是集防区舱室的数值模拟尚未见报道。本排风口直径为200mm；回风口尺寸为l000mm×1000mm。区域边界上的门均设为关闭，内部文利用流体计算仿真软件Airpak对集体防护区的门均设为开启，各舱室房门尺寸为1700mm×域内压力场、温度场、速度场进行仿真计算，为集600mm；外壁和天花板均设为绝热，内壁传热系体防护区域气流组织提供参考。数为0．92W／(m·k)，厚度为0．003m。布风1典型集体防护区域设计参数器上端为静压箱，静压箱下方为风管，出风口处设置两侧挡板，上层挡板为方形，下层挡板为圆形，选择典型集体防护区(见图1)进行气流组织

4、房间内布风器结构和尺寸见图2。仿真研究，该区域长26m、宽12m、高2．4m，共11个空调舱室，21个布风器。布风器向舱室内送l—塾风，一部分通过回风口排出；另一部分通过排风口(模拟超压泄放阀)排出，排风口的允许排出压力是500Pa，以此保证区域内始终有500Pa的正压。该集体防护区设定有一个回风口和一个排风口，送风总量为4500m／h，回风量为4000m／h，排风量为500m／h。布风器风口直径为80mm，图2布风器尺寸示意收稿日期：2017—03—07修回日期：2017—03—272计算模型假设及边界条件第一作者i杜红霞(1984一)，女，博十，工程师

5、舱室空间的空气流动是自然对流和强迫对流研究方向-船舶保障系统设计l252第0137期年十{：【霞，等：舰船典型集体防护区域舱室环境数值模拟舟{}海1程第46卷共同作用形成的混合湍流流动，属于湍流流动。人计算区域，在风口处流m计算域，这就确保由于实际舱室内的设备布置、空气流动和传热非空气不会从刖处流进或流}}I计算JX域常复杂，因此需要对舱室内的空气流动做相关合3)需要考虑送风与室内的温差。单个布风理假设以便进行求解。器送风量250l／l／h，考虑夏季丁况进行模拟计1)在模拟的过程巾需要对设备家具及人员算，参数见表I。等的形状进行简化，如简化为六面体等，与空

6、气接4)侧壁传热系数1．57W／(n1·k)，外壁面触面均匀发热。夏季49℃；顶板传热系数为1．39w／(m·k)，2)舱室为密闭间，也就是说在送风口处流外壁面温度夏季为6l℃。表1模拟计算参数5)热负荷包括人员和灯光，单个人员全热负场、速度场和温度场分布，模拟结果见图4、荷取为130W，照明负荷取11W／m，不考虑设备负荷。为简化模型，将人员负荷和灯光负荷直接添加到空调舱室地板。3湍流模型及网格划分一对于舱室的流动，属于湍流状态，故采用标准k一￡湍流模型．AirPAK采用六面体非结构化童(Hexaunstructured)网格划分方法。首先建立基本模型，

7、并进行网格粗划分。然后进行局部加密⋯。主要加密处有3处：O0751)加密布风器两挡板间薄层区域。主要是5025针对垂直方向上，保证2挡板间有至少5层以上OO的网格。75502)静压箱附近区域加密。此力【J密较为简单，2500只需将箱体3个方向上的网格数同时加密即可。二=!H日]

8、l■日_I[口I3)进风Lj加密。对圆形进风口进行加密。为使空气出流平均，需要保证直径范同内网格层数在10层以上。网格总量约为400万，布风器附近区域网格划分如图3所示。c)埋J图4模拟结果模拟结果表明，除密闭舱室外，其余房间正压基本在5l0～520Pa之间，回风口所在舱室正压图3

9、布风器附近区域网格划分示意略低于其他房间；除回风口附近速度较大，其