振动工况下船舶管道中冰晶流动特性

陈海文， 李捷， 徐立， 陈迪林， 陶铖， 孙强

(1.武汉理工大学 高性能船舶技术教育部重点实验室， 湖北 武汉， 430063；2.武汉理工大学 能源与动力工程学院， 湖北 武汉， 430063))

船舶在极地航行时，换热管在冷却系统运行中具有重要作用，必须使其能够高效稳定的运行。由于海水中存在冰晶介质，一定条件下产生堵塞现象[1]，使换热器无法正常工作；船舶上机械设备的运行产生固有频率在0～100 Hz振动[2]，使管道内海水-冰晶两相流的流动状态更为复杂。因此，有必要综合研究振动对直管中海水-冰晶两相流流动特性的影响。

近年来，随着振动强化传动技术的发展，Sun等[3]通过CFD(计算流体动力学)中的离散相模型、冲蚀磨损模型和动网格技术，研究不同振动工况下海水-冰晶两相流对管道冲蚀磨损特性的影响。Xu[4]建立了CFD模型和数群平衡模型(PBM)相耦合方法。研究水平管道中冰浆流动，表明冰粒大小对冰浆流动特性有明显影响。刘圣春等[5]通过以颗粒相动力学为基础的欧拉-欧拉模型，研究不同管道模型内冰浆的压降特性，表明直管、弯管、T形管压力随流速增大而增加，且T形管的压降最大。王继红等[6]通过CFD研究液固两相流在水平直管中的流动特性，颗粒的密度和湍流强度对液固两相流流动状态起到关键作用。Bordet等[7]通过实验研究了入口平均轴向速度和冰体积分数对冰浆流动模式和压降的影响，在层流和湍流状态下，体积冰浓度高达18.4%。徐立等[8]基于热焓多孔介质模型建立数学模型，研究流速对管道换热产生的作用。……