大型船舶集中式送风风量动态分配计算分析.docx

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1、大型船舶集中式送风风量动态分配计算分析隋景朋鸟1,刘亚琴2,王金玲3（1.中国舰船研究中心，武汉430064；2.海装沈阳局，沈阳110000；3.哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院，哈尔滨150006）摘要：为分析集中式送风系统风量动态分配问题，采用网络分析理论，对船舶大型集中式送风系统建立计算模型，通过求解各处风量，得出末端用户开闭对其它用户的影响，进而分析集中式通风系统设计中应注意的问题，为船舶集中式通风系统设计提供理论支撑。关键词：通风；多用户；计算模型J批注yang1:补充中图分类号：文献标志码：A_【DOI】1013788j2015Z005TheAirDynamicDistribut

2、ionCa1cu1ationandAna1ysisofCentra1izedVenti1ationon1argeshipsSUIJin-peng1,1IUYa-qin2,WANGJin-Iin3(1.ChinaShipDesignandResearchCenter,Wuhan430064,China;2.TheNavyEquipmentDepartmentofShenyang,1iaoningShenyang110000,China;3.AerospaceandCivi1Engineering,HarbinEngineeringUniversityCo11ege,Harbin150006,Ch

3、ina)、一.、Abstract:Inordertogettheairdynamicdistributionofcentra1izedsystem,thisstudyusenetworkana1ysistheorytoestab1ishca1cu1ationmode1ofcentra1izedairsupp1ysystemonsurface1argeship.Byso1vingtheairdistributionamount,wecanana1yzetheinf1uenceofterminususersstate(On/off)totheotheruser.Then,themattersnee

4、dingattentionOfcentra1izeairsupp1ysystembegottoguidethecentra1izeairsupp1ysystemof1argeship.Keywords:venti1ation;mu1tiuser;ca1cu1ationmode10引言船舶的舱室环境可分为为人员长期工作或生活舱室服务的空调系统和为设备舱室服务的通风系统。无论是空调系统或通风系统均需要从外界引进大量新鲜空气。传统的设计方法多为每个需要新鲜空气的处所各自对外开口，对外开口分散队船舶集中式通风系统设计是不同于单个舱室独立通风系统设计的一种设计方法，集中式通风设计是利用集中式围井进风，再

5、通过几台风机将新风分别送至各舱室。集中式通风可有效的减少对外通风筒、格栅等布置，减少对外开口，美化外观设计，简化操作流程，是一种新型的设计方法。集中式通风系统设计时，由于共用一段围井，各风机之间相互干涉，一台风机风量变化必然对整个系统中其它用户产生影响。本文通过采用网络分析理论，对船上复杂通风系统构建风量、压力网络分布图，建立由节点和分支及其关联关系所表示的网络图模型，结合船舶空调通风系统实际运行特点，求解通风网络图上各分支上的流量、流向及各节点的压力信息，分析各参数对系统风量动态分配和平衡的影响，进而分析集中送风设计中可能存在的问题，以优化通风系统设计，为大型船舶集中进排气设计风量分配和平衡

6、调节提供理论指导。1通风模型的建立1.1 计算方法首先需根据设计手册和相关设计要求计算出各服务处所的通风量，初步选定系统风机风压和风量。通风管网系统风量和风压是通风系统的两个基本量，它们一方面受风机性能特性曲线的影响，一方面受管收稿日期：2015-01-22；修回日期：作者简介：I隋景鹏（出生年份-）,性别，职称或学历。主要从事工作或研究方向。I_批注yang2:补充通讯作者：刘亚琴（1981-）,女，工程师。研究方向：船舶辅助系统设计。网阻力特性的影响。风量增大时，管网的阻力增加，管网阻力增加时，又使得风机的压头提高，风量下降。因此，管网计算的首要目是要找到风机实际运行的工况点。在水力计算中

7、各通风管道的单位长度摩擦阻力以及某些组件的局部阻力系数都与风量存在耦合关系，当系统通风量改变时这些系数也会改变，进而又引起风量的变化,这是需要反复修正的迭代计算过程。本文在传统计算的基础上，根据规范已有的数据建立管道单位长度摩擦阻力及局部阻力系数与风量的耦合方程，同时建立管道沿程阻力及局部阻力计算的方程以及风机曲线方程，对通风系统计算过程进行程序编译，采用动态松弛因子，进行智能迭代计算，进而实现对通风系统管网的动态分析。1.2 计算模型本计算模型选用某水面船舶上已有的一段围井上较为复杂的通风系统为模型，选用一个送风系统做为计算输入，来研究集中式送风系统中可能存在的一些问题。为便于计算，将给定的

8、送风系统图中的风机和管道进行编号，分别如图1所示。I图1集中送风模型，1.3计算方程Qp-Qf3（6）D各管段风量计算QP=Qf4（7）Qp,5=Qfi+Qf2+Qf3+Qf4式中：2表示管段的风量；俗表示风机的风量。Qp6=QF1+Qf3+Qf4（2）2）各管段局部阻力计算批注yang3:图中的字母参数应与公式保持一致，斜体，且下标标识正确进一步确认全文图和公式中的Q,P,F的下标是否正确QH局部阻力:力=,=&（8）Qp=Qf2（4）I22A屋3沿程阻力：今=%/（9）“一幺3”尸4管道总阻力损失：JP=今+4（Io）（批注yang4:请确认下标是否正确式中：凡表示单位长度摩擦阻力；。为局

9、部阻力系数；，为空气的密度；A为管道的截面积。3)各用户风口阻力的确定卬QP11Q1Q2Q3Q4P12F1-I1P13F2pi4F1-3P15f12I图2风机风量分配以风机F1为例，风机F1的风量等于其支路四个风口F1-1F1-2、FI-3、F1-4风量之和，如图2所示,即：Q1+。2+。3+Q=。尸1(11)对风口F1-1v1Q1A1(12)=2f2(13)vy=v1/z(14)号=5：(15)儿(16)定会对其他用户的运行产生影响。表2分别给出了F1、F2、F3、F4、F5用户的风压及相应风量的变化的具体数值及变化幅度。由以上表2数据分析可以得出：1)当末端用户关闭时各用户风量及风压都会发

10、生改变，随着其他风机的关闭，风压呈下降趋势，风量呈上升趋势，且风量的改变幅度大于风压的改变的幅度，这种改变的结果是通风系统仍能满足通风要求，但送、排风量较原来增大，噪声会相应增加。2)末端用户关闭越多,运行用户受的影响会越大。3)用户F4对其他用户的影响比较大，这是因为F4的设计流量最大，所以它的启闭会对系统干管产生较大的影响，进而影响其他用户。4)用户F3受他用户的影响不明显，这是因为F3用户支路的阻力较大，所以系统干管对其产生的影响较弱，其流量随阻力的变化不明显。通过阻力计算建立系统各支路阻力-风量方程P=f(Q),由风机曲线拟合风机风量-阻力方程Q=f(P)随机定义F1、F2、F3、F4

11、、F5的初始风量值Q1、Q2、Q03Qo4、Q05批注yang5:图中的字母参数应与公式保持一致,斜体且下标标识正确式中：口为风口F1-I的平均出风速度；Q1为风口F1-I的出风量；A1为风口F1-I的面积；加是风口F1-I的动压速度；Q1为风机F1的风量；412为管段P12的截面积；%为是风口F1-I的静压速度；是风口流量系数；Pu是风口F1-I的静压；空气的密度；Bd是风口F1-I的动压。其它风口类推。对于已定风机，其运行按照其固有的风机特性曲线曲线运行。根据风机特性曲线图拟合出风机风量-风压关系公式。每个风机负责一部分管道阻力，管道阻力改变引起风机风压变化，各风机会随着各自的风机曲线运行

12、这样又会有一个新的风量，在新的风量下按照上面的计算又会有新的风压，又得到新的风量像这样迭代进行直到计算结果收敛，这时的风压与风量就是各风机运行稳定时各自的风压与风量。计算流程图如图3所示。2计算结果及分析2.1 风机全开时各处风量通过平衡各段管网，最终计算得出的风机风量、风压如表1所示。2.2 末端用户开闭对其他用户的影响对于确定的通风系统，当部分用户关闭时，通过干管的总风量减少，干管的阻力也会随之减小，这必由P=f(Q)得到风机F1、F2、F3、F4、F5支路的风压值按照风机曲线方嬴=f(P)计算得到相应风压下风机风量值Q11、QI2、Q13、Q14、Q15OOaz (OO+0)I图3计算流

13、程图IJ批注yang6:确认上下标是否正确压力/Pa风机F1F2F3F4额定全压70070040001600计算全压71770738481652偏差度2.4%1%-3.8%3.25%风量m3h1额定风量I1OO110010002500计算风量1050107510652597偏差度-4.5%-2.3%6.5%3.9%表1送风系统风机额定风压、风量与计算风压、风量的比较3结论随着现代造船水平的不断发展，船舶设计水平越来越高，空调通风系统设计由原来的分散化设计向集中型、紧凑型发展。大型船舶舱室较多，功能各异，空调通风系统服务处所差异化较大，各处所的使用时间也不尽相同，因此增加了系统设计的复杂性和可用

14、性。目前，有关多用户集中式送风系统设计研究较少,建筑空调通风设计中，有单独使用一台风机客服公共围阱部分阻力的设计方法刀，但对于末端用户风量有变的情况不好控制。本文通过对典型集中式通风系统进行建模，通过理论计算，总结出了如下设计规律，供集中式送风系统设计参考：1）集中式送风系统设计时，应按系统中最大风量来设计。各用户的风量根据需要进行设计，风机压头选择应考虑客服围阱阻力、管段阻力及支路上各阀件等附件的阻力之和。2）在系统设计时，应尽量保持各风机用户之间的风量均衡亶当系统中存在大风量用户时，厚开启或关闭时，或给其它用户造成较大影响。3）末端用户的开关对其它用户产生影响主要是通过共用围阱部分产生。设

15、计中应尽量将围阱部分的阻力降低，如降低围阱风速，减少围阱尺寸突变，当围阱有大角度转向时，应增加导流等措施。当共用部分的围阱阻力降低时，系统阻力主要在风机之后，各用户之间的相互干扰可明显降低。4）集中式排风系统各用户之间的相互影响需进一步研究分析。表2送风系统末端用户关闭对其他用户的影响送风系统末端用户关闭对其他用户风量的影响关闭的用户F1F2F3F4送风量m3h变化幅度送风量m3h变化幅度送风量r3h-变化幅度送风量m3h-变化幅度全开1050107510652597关闭F111396%10761%26602%关闭F211126%10741%26492%关闭F311146%11356%26924%关闭F4