【摘 要】
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船舶发动机在运行过程中排出大量高温废气,导致排气系统具有较高的红外辐射特性,严重影响船舶的隐身性能。目前普遍采用气体掺混冷却方法对排气系统进行降温,但这种冷却方式
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船舶发动机在运行过程中排出大量高温废气,导致排气系统具有较高的红外辐射特性,严重影响船舶的隐身性能。目前普遍采用气体掺混冷却方法对排气系统进行降温,但这种冷却方式极大的增加了排气系统的体积和流动阻力。喷水降温冷却方法是利用水在蒸发时的高汽化潜热来降低排气系统温度,大幅提高了换热效率,极大程度的缩小了降温装置的体积,这使得喷水降温冷却方法的研究逐渐受到重视。但因喷水降温方法中涉及的相变物理过程极为复杂,故目前对于该方法的研究尚不成熟。论文针对柴油机动力装置排气系统,采用喷水降温冷却方法,从基理研究、影响因素分析以及实验验证三方面,对柴油机排气系统降温特性进行了研究。柴油机排气系统喷水降温基理研究的重点,在于喷嘴雾化性能研究以及气液两相降温机理研究。论文着重分析了喷水雾化降温方式在船舶柴油机排气系统中应用的具体情况,引入气体组分模型、曳力模型以及颗粒碰壁模型,根据实际情况对数值模拟方法进行了修正。论文依据船舶排气系统特点,选用螺旋喷嘴进行雾化,并分析了螺旋喷嘴的影响因素以及喷嘴的具体布置方法;利用螺旋喷嘴的有限元模型,采用数值模拟的方法,分别研究了喷嘴雾化效果的影响因素。论文利用某柴油机排气系统管路结构以及工作参数,采用欧拉-拉格朗日计算仿真方法,对柴油机排气系统喷水降温过程进行了仿真计算。研究了喷水流量、雾化角度以及冷却水温对柴油机排气系统内部压力场和温度场的影响特性,并对各项影响特性进行了具体的探究分析。采用实验验证的方法,对理论研究和数值分析进行了基理验证试验。论文综合考虑气源模拟的温度、流量和压力的数值需求与稳定性需求,对排气系统喷水降温实验台进行搭建,模拟柴油机排气系统喷水降温过程;充分考虑温度测量仪器准确性易受水雾干扰的情况,对其结构进行改进;利用改进后的测量仪器,对喷水降温模拟管路进行温度测量与压力测量,验证了喷水雾化降温对排气管路内部流场的各项影响。
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