船舶舱室空调通风是指用风机将舱外新鲜空气在空调机组处理后经过风管和末端装置送入舱室内。本文主要研究的是在不同舱室气流组织流场下,温度场、速度场以及相关评价指标的变化情况。目前,针对气流组织主要有三种研究方法,分别是:射流理论分析、模型试验以及软件仿真。86826

射流理论分析是通过假定理想条件或实验得出的经验射流公式预测室内空气气流组织的分布情况。但是其无法摆脱已定射流公式的经验参数,并且揭示的主体是射流主体段的流动特性,所以此方法只能对一些具有确定边界条件及简单几何外形的研究对象进行温度、速度场的计算。在船舶舱室空间内越来越复杂多样化的背景下,采用射流理论分析法,将很难获得精确的计算结果。同时,通过射流理论的分析我们只能得到关于室内空气的参数性信息,而对详细的内容我们无从得知,因此射流理论分析在目前己不具备可行性。论文网

通过模型试验的方法研究气流组织分布规律是最直接的办法,能够在很大程度上克服射流理论计算的先天不足,与之相比具有较明显的优势。运用模型试验法时,先在研究对象的特定位置布置温度传感器,再测定特定位置的风速,最后通过一系列的测量获得对象的气流组织的分布规律。 但是当研究对象为大空间区域时,模型试验方法则暴露出很多不足,首先温度传感器的数量和空间布置存在很多问题,其次整个试验过程中将花费大量的时间和昂贵的费用,难以在实际工程中广泛采用。最后其需要很长的试验验证周期,难以在短时间内推出新的产品对原有的进行更新替换。 

目前,在计算机技术和计算流体动力学理论不断完善和发展的时代背景下,利用计算机求解空气流动控制方程组,研究特定对象内温度场和速度场的数值仿真已经成为研究空气气流组织规律的重要手段。利用计算机求解流体流动中满足各种守恒控制偏微分方程组的技术即为CFD技术,特点是成本低、速度快,并且适用于模拟各种工况。当研究对象比较复杂时,利用CFD技术模拟时可以得出反映整体流场特征参数的温度、速度场以及空气龄、PMV等评价指标的分析。这对优化空气调节系统的气流组织设计方案、提高室内空气品质和降低整体能耗具有重要的指导意义。同时,CFD技术还能模拟和预测围护结构外部的空气流动情况,即建筑物周围的微气候。与前两种分析方法相比,几乎所有简单或复杂研究对象的流场分布规律及流场组织的优化问题CFD技术都可以解决,同时利用CFD技术还可以对多工况进行仿真模拟对比。因此,当空调工程师对空气调节系统进行设计和优化时,利用CFD技术对研究对象的内部气流组织进行深入研究显得尤为重要。 

尽管CFD技术在目前世界上各相关领域已经得到了极为广泛的应用,同时暖通空调行业的研究人员也开展了大量关于CFD技术在探索室内气流组织规律的应用研究,但是由于在实际情况中,舱室结构复杂,舱内设备众多,导致在运用CFD技术计算时难度和计算量过大,普通计算机很难完成,因此,在对船舶舱室气流组织进行研究时运用数值模拟方法还没有很广泛,而且对于计算结果也不好验证。但是当研究对象的结构较简单时,数值仿真的应用还是比较广泛的。 

中国国内关于船舶舱室空调通风系统的研究现大多主要集中于相关的船海类专业较强的大学,如大连海事大学,大连理工大学、哈尔滨工业大学,上海交通大学等院校[3-8]。 

哈尔滨工程大学的程东梅利用某一船舶的居住舱室为研究重点,应用商用流体力学软件模拟船舶居住舱室在不同通风方式下流场的温度、速度场的分布。同时,在针对船舶舱室气流组织的综合评价方法的基础上分析和比较数值模拟结果,得到了更加适合于船舶低矮舱室的气流组织形式,此结果对其他相关的船舶舱室通风设计及优化具有很科学的参考意义[9]。

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