船舶淡水冷却系统流量分配的探析.pdf

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1、第41卷第5期2012年10月船海工程SHIP＆0CEANENGINEERINGV01．41No．50ct．2012DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2012．05．024船舶淡水冷却系统流量分配的探析刘方1。吴鹏飞2。(1．无锡交通高等职业技术学校，江苏无锡21415l；2．上海外高桥造船厂，上海200032)摘要：对船舶淡水冷却系统流量分配问题进行探讨，在常规分支管路流量分配的计算方法的基础上，对该系统的流量分配提出新的流量补偿的计算法，并对实际施工提出建议。关键词：分支管路；流量分配；船舶淡水冷却系统中图分类号：u664．8

2、4文献标志码：A文章编号：1671-7953(2012)05．0087旬5由于管路分支带来的流量分配不均导致设备不能得到有效冷却的现象经常出现，所以设计初期对其进行预算是一项非常重要的工作。本文从常规的管路流量分配计算方法着手，提出船舶淡水冷却系统流量分配的流量补偿计算法。1分支管路的流量分配对于分支管路来说，管道的长度、通径、管路形态及其背压等都或多或少地影响着流量的分配。分析此类问题的基本原则是：主管的总流量等于各支管的流量之和，且在同一流线分岔处的压力是确定不变的L1J，见图1。图1分支管路示意根据上述原则，求解下列方程组，就能够算出各个管道中的流

3、速以及流量分配情况。(·+等鹄序"等=(·+警坞旁矿老。’d；秽。+d：勘2=d：秽m式中：Z——管道长度；d——管道内径；收稿日期：2012—05—18修回日期：2012—06—14第一作者简介：刘方(1984一)，女，学士，助教研究方向：船舶管路系统设计E-mail：49869859@qq．com亭——局部损失系数；口2／(29)——单位重量流体的动压头(速度水头)；z——位置水头；p／(pg)——压强水头；A——沿程损失系数。A为关于雷诺数和相对粗糙度的函数，雷诺数是关于运动粘度、流速和管道内径有关的函数，因此精确计算流量分配难度很大，计算过程相当

4、繁冗。一般通过反复地运算各个支管中的情况，通过压力平衡来预估其流量分配，使用流量分配来匹配实际流量，接着再使用匹配流量验算压力平衡条件。如此往复，直至结果在误差范围内为止。对于n根支管的计算，可用下面的变形公式。(，+等坞)箬蝎+嚣=(·+等坞)×丢％+等⋯·=(·+等坛)差坛+老∑霹秽i=兹秽。l=1(2)可见，并联管路系统中，每增加一根管路就要使计算增加一个维度，想要详尽地分析出并联管路的流量情况，计算很麻烦。2船舶淡水冷却系统现代船舶几乎都采用了中央冷却系统，这种冷却系统的优点是：循环在主机等机械内的水是清洁的淡水，因此不易产生水垢而发生管道堵塞的

5、现象；淡水不会产生积盐现象，因而能保证良好的传热效果，同时冷却水温可以不受盐分自海水中析出的温度限制，可以达到65—85c

6、c，甚至在87第5期船海工程第41卷某些船上可高达95～110℃，这样高温部件热表面与冷却水之间温差减小，被冷却水带走的热量减少，有利于提高热效率和热负荷‘2I。中央冷却系统由海水管路、高温淡水管路、低温淡水管路组成，涉及诸多并联管路的流量分配，与设备的分布、管路的大小都有关系，是一个非常困扰设计者的难题，图2为某船的冷却水系统。图2某船冷却水系统的热平衡图从图2中看出该船有17个冷却单元，也就是17根管路并联，管路内径从25～12

7、5mm不等，而且设备距离淡水冷却水泵的距离或远或近，其繁冗程度可见一斑。3淡水冷却系统的分析计算计算前需要对上述问题进行简化。整个中央冷却水系统为闭式并联系统，所以系统中的位能和压力能相互转化，对整个计算产生的影响可以忽略，将整个系统视为一个平面内的系统。对于类似中央冷却水系统的多支管的流量分配，采用流量补偿的迭代方法，计算步骤如下。1)首先按照管路的截面积的比例将冷却水分配给各个分支管路。2)分别算出各个支管的水力损失五。，^i=(等+孝i)去。如果各个支管的损失都基本相等则结束运算，不能满足要求则继续向下计算。3)求取各个支管的管路损失的平均值五=∑

8、危／n，n为支管的数目。884)单根支管水力损失大于平均值矗的管路意味着其流量过大，需要扣除部分流量转移给流量不足的管路，扣除量为Qi[1一(^几i)2]，Qi为单根支管的流量，Qi=口i竹《／4。5)将步骤4)中算出的扣除流量的总量再分配给管路损失小于平均值的管路，分配比例为流量不足的管路截面积的平方。6)返回步骤2)，进行运算核实。需要说明的是，步骤4)和步骤5)只能挑一个进行运算，在步骤4)中运算过的管道在管道5)中不参与运算。为了方便读者理解，列出计算流程见图3。经过图3中的运算，基本就能找到接近真实情况的流量分配。下面举一算例来演示。见图4，由

9、4根支管组成的并联管路中，管道1～4的通径分别为300、250、150、150m