船舶密闭舱室热工作业温度变化及通风计算的仿真分析.pdf

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1、第39卷第3期船海工程2010年6月SHIP&OCEANENGINEERINGVoL39No．3Jun2010DOI：10．3963／j．issn．1671—7953．2010．03．016船舶密闭舱室热工作业温度变化及通风计算的仿真分析陈建平(华南理工大学土木与交通学院，广州510640)摘要：运用仿真模型来分析密闭舱室在热工作业条件下的温度变化规律，针对密闭舱室在热工作业条件下的温度变化特点，结合特定作业条件下的密闭舱室空气使用量的要求，确定保证有足够的通风量。关键词：船舶造修；密闭舱室；温度

2、变化；仿真分析中图分类号：U663．8文献标志码：A文章编号：1671—7953(2010)03—0060—03在船舶建造和修理工程中，有大量的施工是在相对密闭的舱室中进行的，往往会产生许多对人体有害的物质，如何保持密闭施工舱室的良好通风，对于保证作业人员的身体健康和改善施工条件有着非常重要的意义。一般情况下船舶密闭舱室铁工作业具有下面3个基本特点：①舱室里面空气流动性相对较差；②进行钢板切割和焊接时会产生大量的热量直接加热舱室内部气温；③舱室外部大气温度(特别是炎热的夏季)会加热(或者冷却)船体

3、钢板，这都使得密闭舱室的温度也会随之变化，而空气的凝滞和高温都会对施工人员的身体造成一定的伤害，所以掌握舶密闭舱室在作业条件下的温度变化规律对于科学安排舱室的通风有着非常重要的指导意义。1密闭舱室气温变化规律的仿真分析依据牛顿物体冷却微分方程，分析船舶密闭舱室的温度变化规律，描绘1天中内部温度变化曲线。--警=k(O--x)(1)式中：z——物体(或者称物体内部)温度；口一物体外部温度；惫——绝热常数或导热常数。60收稿日期：2009—05—31修回日期：2009—07一01作者简介：陈建平(19

4、73一)，男，硕士，高级工程师。研究方向：船舶与海洋结构物设计与制造，船舶修理管理。E-mail：wchchenjp@sina．∞m方程的通解为：z(￡)一口一fe一矗(2)在船舶结构中，密闭舱室比比皆是，如图l所示的典型散货轮的topsidetank(高边柜)、doublebottomtank(双层底)、upperstool(上凳仔)和hoppertank(低边柜)，等等。以topsidetank作为密闭舱室分析对象。图1典型散货轮的横剖面图对式(2)求解须知道物体外部温度臼(￡)的变化规律。对

5、舱室的外部温度通常考虑大气温度，其变化规律符合周期性规律。1天中温度最低时间在03：00前后，最高气温在15：oo前后，设温度变化函数为[1]：口(￡)：一nsin学+6(3)上厶式中：￡——1天内的周期时间，o≤￡≤24，￡=0为02：00，￡一24为24：00；口——当地温度的日变化幅度；卜当地温度的日平均气温。考虑在密闭舱室里进行热工施工时(如钢板切割和焊接等)，都是在向外释放热量，可以视之为热源，假定该热源使热舱室温度升高速率为C，船舶密闭舱室热工作业温度变化及通风计算的仿真分析——陈建平

6、式(1)可以写为：警一是(一口sin竖{手壅+6一z)+f(4)可整理为：害一kasin譬产一志z埘6+c)一一是z+[一托sin堡{手独+(硒+c)](5)由式(5)可得密闭舱室在一定工况(施工热源作用)下的温度解析值，为此，需要确定微分方程式(5)中的各项系数。首先假定地域及季节(如广东珠三角地区夏季)某1天内的温度变化规律：温度振荡的幅度a为7℃，日平均气温b为31℃。船舶密闭舱室四周均为钢板，取导热常数k=O．36。假定某丁作热源以C为10℃／h的速度加热某一密闭舱室，工作热源(钢板切割和

7、焊接)对舱室的加热情况可以通过温度测控计进行监控测量，式(6)为在该特定条件下的舱室温度变化微分方程。警一o．s6z一[2．szsi52n等产一21．16](6)解方程式(6)，仿真计算图见图2[2

8、：输时钟图2密闭舱室温度仿真计算图运用Matlab中simulink仿真工具求解并画出密闭舱室在24h内的温度变化曲线图见图3。由图3可以算出某24h内在一定作业条件下密闭舱室内部温度的情况。时间／h图3密闭舱室内外24h温度变化曲线2密闭舱室通风量计算计算通风量首先得知道对空气量的需求，而密闭舱室热

9、工作业对空气的需求主要是：①钢板切割时燃烧需要的少量空气；②焊接时因铁氧化时耗掉的氧气；③保持密闭舱室的空气质量和带走热工作业产生的热量。前者因切割本身是天然气和氧气混合燃烧的，基本不需要空气中的氧气，而焊接时因有药皮或惰性气体保护也基本上不会与空气中的氧气接触，所以密闭舱室热工作业对空气的需求基本上是用来保持空气的流通(带走因切割和焊接而产生的有毒气体)和降温所用。下面计算该情况下的空气需求量。由图3可以看出，在有一定量的热源(施下作业)的情况下，密闭舱室24h内的温度大部分都是