烟囱顶与上建高度差对烟气流场分布的影响

郭晟江，蒋曙晖

（上海船舶研究设计院，上海201203）

0 前 言

船舶机舱内柴油机和燃油锅炉燃烧时产生的烟气都是在烟囱顶排出至大气当中。 受船舶行驶方向、风速和风向的影响，烟气从排气管排出后的流动情况比较复杂， 在个别情况下还会发生回卷现象。 如果回卷后的烟气进入上层建筑处所，则会影响船员的日常生活和身体健康。 某些船东还会对烟囱高度提出加高要求（增加2.5～3.0 m），目的是防止烟气与烟灰回卷。

船舶行驶过程中，由于相对速度关系，与外界空气会产生来风气流，其经过上层建筑后，会在上层建筑和烟囱间形成负压区［1-2］，同时在烟囱背部也会形成负压区。 烟气/烟灰受这部分负压区的作用，会被反卷入负压区， 并通过门窗进入上建内部，对船员工作生活造成影响，见图1。烟灰还会对舱室设备造成一定的破坏，据船员反馈，有时在舱室内会发现黑色的颗粒状烟灰。

图1 烟囱顶烟气、烟灰对上建影响示意图

船舶烟囱和上建高度均需遵循各自的设计要求，为了达到最佳的防止烟尘回卷效果，烟囱高度与上建高之间的高度差需要选择一个合理的平衡点。 目前国内设计人员开始重视关于烟气流场的研究，随着计算流体动力学（CFD）计算分析软件的广泛应用，把烟气对上层建筑的影响从停留在经验设计层面上升到数值分析与模拟仿真计算，以达到更加优化的上建布置。

1 CFD 仿真计算

计算流体动力学（CFD） 已经广泛应用于船舶阻力、自航数值分析等水动力领域，在船舶空气动力学方面也较多，但是对于船舶排出烟气方面的研究还相对较少。……