船舶主机缸套冷却水系统的管路水力计算模型

1、中国ffiSKiexE线hnp: "www cn船舶主机缸套冷却水系统的管路水力计算模型马量，张均东大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连（ 116026）E-mail: pigbongl983 cn摘 要：利用流体力学的相关理论，对船舶主机缸套冷却水系统的管路进行了分析，给出了 船郁主机缸套水冷却系统的管路水力计算模型。计算结果表明，该模型具有一定的精确度. 关械词：船舶主机；扛套冷却水系统；水力计算；模型；中图分类号：U664 81+41引言船炯主机缸套冷却水系统作为船舶柴油机主耍的动力系统之一，It丁作耍求是：主机 在整个工作范閑内，系统能对主机进行适度、可靠的

2、冷却，特别是保证主机缸套冷却水出II 温度稳定，防止主机缸套过冷或过热。设计适合匚作隈求的主机缸套水冷却系统.这就;需耍 对系统屮点的流员、压力等参数进行数值计算。木文通过対系统进行简化，得到主机缸 套冷却水系统的管路水力计算的数学模熨，然后应用J：实际系统，対系统中&点的流杲、压 力等参数进行数值计算。2.计算原理缸套冷却水泵人多采用离心泵，而泵的排就与泵木少的特性和管路的水力特性仃关，只冇在泵的排出压力与管路在为前流录卜-的总压降相等时，泵才能稳定丁作在这个流灵F2L1 L2 -泵特性曲线；R1 R2 -箕路待性曲线 G1 G2G3泵工作点图1管路压降与流吊特件曲线示意图如图所示：

3、K屮水泵的特性曲线可以从说明书中计算得到，因此，只要计算出管路特性曲线即可, 即耍得到冷却水流过某管路时所需的压头H和流鼠0间的函数关系。3系统建模利川离心泵的特性曲线必须和缸套冷却水传路的水力特性曲线相匹配这i原理，就町以对缸套冷却水管路进行管网水力计算，得到各点的流啟、丿E力等参数。3.1管网水力计算管网水力计算的主耍II的就是确定管路水力特性曲线。流体在管道内流动时，由J：流体分子间及氏管壁间的摩擦，就要损失能彊，这称为沿程 损火（沿桿摩擦阻力）；而当流体通过管道的一些附件时，如阀门、弯头等，由J：流体流动 的方向或速度的改变，产牛局部漩涡和掩击，也要产牛能帚损失，这称为局部损失（局 部

4、阻力）。冷却水竹道的流动阻力包括：沿程阻力损失（収决雷诺数R亡和管内壁粗糙度A/d）,局部阻力损失（取决丁流速度和局部阻力系数）。3.1.1沿程阻力损失沿程阻力损失表达式：,3 / V28/1/ 刁hf = Qd 2g gf式中：A沿程阻力系数：/长，7 ：（1管道直径，加；V 管道内流体流速，加/$：Q管道内流体流杲，F/小时;g亟力加速度，m/s2：沿程阻力系数入可以根据一些经验公式以及沿程阻力系数曲线求得。由J：当水温变化不人时，水的运动粘度随温度的变化也不人，I大I此可以取水在75C时 的运动粘度作为缸套冷却水管内冷却水的'卜均运动粘度，水在75时的运动粘度为0.00380 m

5、2/s.而且缸套冷却水管路中冷却水的设计流动速度一殻为1-3 m/s,本系统的主淡水管路 的直径为80mm,则雷诺数：vd 3x 0.08,Re = = = 6.32 x 104 > 2320/0.0038x107可见，高温冷却水管路中冷却水的流动状态处J；旺盛的紊流。在整个紊流区，沿程阻力 系数的确定可采用卜而统一的公式计算:柯列勃洛克公式或阿里特苏里公式3丄2局部阻力损失3中国科技论袞在线hup:"www cn局部阻力损失表达式:几=g=g Q2gg 矿d式中：g局部阻力系数；V 借道内流体流速，m/s ；局部阻力系数 < 值，一般用实验方法确定的

6、。缸套冷却水系统中大多数尤件（通用尤件） 的局部阻力系数值町以査貝体的相关参考资料，如水力学手册等。其中较难确定的是柴油机 内部的局部阻力系数、缸套水冷却器内的局部阻力系数以及三通调节阀调节过榨中，三通阀 在两个支路的局部阻力系数。其屮柴汕机内部的局部阻力系数可以通过试验的方法得到。在主管路流彊已知（由流磺 计测出）的情况卜°,测出进、出柴油机的冷却水压力，根据压力的变化值就可以计算出柴油 机内部的局部阻力系数。而局部阻力系数一P确定，便不再变化。由r缸套水冷却器的局部阻力系数雄以确定，因此可以考虑用经验公式is接求冷却水流 经缸套水冷却器的压降，BP：hi = cV2n上式屮：c

7、一一待定系数，可以通过试验方法求得V 管道内流体流速，加/s :n一一冷却器的流程数对J：三通阀，本系统中采用的是理想特性为直线特性的对称三通阀，由参考文献三可知:对J：可调比R=30的三通阀，设阀门开度为X,则某一支路的阀门阻力系数：& = （0.033+0.967x）' 全开另一支路得阀门阻力系数:10.033+0.967(1 - x)F上式中,§全斤=存开，为当三通阀的某个支路全开时，该支踣的三通阀的局部阻力 系数。8 / /而管路中总的压头损失：H=h（ +九= （ + §），grd aq 21在近似认为沿程阻力系数不变的情况卜，H=CQ其中C =

8、（+ ）。显 g/rd" a然，对J：-个复杂的水力管路而言，其水力特性的确定主耍収决总的阻力系数C确定, 因此，下而研究串联和并联管路的等效阻力系数。3.1.3串联和并联管路的等效阻力系数公式首先看图中的阻抗并联情况，由水力学冇关知识冇:4中国科技论袞在线hnp: “WWW cnQ2阻抗的并联阻抗的串连图2聊抗的并串联并联管路:gC + 2 Jc&2 + c2中国科技论袞在线hnp: “WWW cn串联管路：C = q+C2仃了整个管路的等效阻力系数，就可以确定管路水力特性曲线，再加上缸套冷却水泵的 特性曲线，就可以进行管网水力计算，

9、确定主1?路流量。3.2泵的特性曲线求解木系统所用的离心泵的熨号为：ESE-lOOCo通过查说明书，测得了几组缸套冷却水泵 的实际流磧一实际扬程（/一0）数据。表1离心泵H-Q关系表Q （/小时）25.0030.0040.0055.0060.00H m25.0024.2023.6023.0021.50对其进行曲线拟合,得到:H = 一0.00040 + 0.04440，-1.8197Q + 48392633编程计算在上述工作的基础上，就可以编制计算程序，对JI仃三通阀管路的工作流彊进行了模 拟计算，得到三通阀不同开度下的怯路流量。具体计算步骤如下：（1）输入管路特性参数（阻力系数、管壁粗糙度，

10、管路尺寸等），三通调节阀特性参数, 缸套冷却水泵性能参数和计算精度8。（2）计算各单尤的局部阻力系数，包括柴油机内部阻力系数、缸套水冷却器的局部阻力 系数和在某一阀位时，三通调节阀在两个支路的局部阴力系数.（3）假设某一三通阀阀位。（4）假设某一较小的流最0及计算步长S。（5）根据假设流最计算各个单元的沿程水力损失和局部水力损失。（6）计算缸套冷却水系统的总的管路水力损失Hs。（7）根据缸套冷却水泵的H_Q关系式计算当缸套冷却水泵流届为0时水泵的压头 %(8) 判断Hs-Hb是否小f £,如不满足，令0 = 0 + S,代入步骤(5),并重复 步骤(5) 一 (8)。(9) 如果满足

11、|比一丹小于结束计算，输出04.结论随着柴汕机动力装置设计水'卜的整体进步，対船舶冷却系统的设计耍求也越來越离，冷 却系统的设计必须建立在科学计算的基础上。本文通过计算，先后得到系统管路压降和冷却 水泵的数学衣达式，利用离心泵的特性曲线和缸套冷却水管路的水力特性曲线的匹配，计算 出了管路的流彊。此方法简便易懂。但由阻力尤件的阻力系数般为经验数据，这会影响 模型计算的箱确度，这一问题尚待深入研究。参考文献1 SUN P Emfluss der Auslegung des Kuehlwassersystems auf den Verschleiss der Zylinderlaufbush

12、se bei Zwei2Takt2Scluffs2dieselinotoienD . Berlin : Veilag Koester J993. 1245。2 费F。船舶轴机M,大连：大连海爭大学出版社.1998。3 吴桂涛.孙培廷低速柴油机变流吊冷却方法的研究J中国造船.2005. 46 (3) : 61-65.4 尹自斌.孙培廷。船筋中央冷却系统的停路水力计算模型J世界海运,2003, 26 (1) : 51-53.5 吴桂涛.黄连忠.孙培廷.船舶主机缸套冷却三通调节阀得水力计算方法J #大连海事大学学 报,2004> 30 (2) : 31-34OPipeline hydrauli

13、c model of cylinder jacket water coolingsystem for main marine diesel engineMa Liang, Zliang JundongDaLian Maritime Umversitv ( 116026 )AbstractA matliematic model has been established by analyzing the heat transfer mechaiusm in the jacket water cooler for mam marine diesel engine using the transfer theory. And have concerned the temperature influence in the transference of heat So improve the precision of the model. The results obtained through simulation with the model established are very closed to die data get from manufacturer, so