一种用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法技术

本发明专利技术涉及一种用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法，包括：将被隔断的舱室和流通孔等效为若干空间几何体，计算空间几何体的局部阻力系数，将舱室流道联通关系等效为串并联管网，计算管网的总阻力来表示燃油舱的总阻力，调整筋板等效的管道参数，确定满足减少残油量的方案。本发明专利技术的设计方法能够解决油水代换系统设计中，由于燃油滞留在舱顶的现象导致燃油代换利用率不达标的问题，采用的CFD方法对油水运动进行非定常问题计算，得出油水代换利用率的计算过程需要很大的计算工作量的问题。按照本方法，仅需要几分钟即可完成计算，为整个设计及后期修改工作带来了便利。为整个设计及后期修改工作带来了便利。为整个设计及后期修改工作带来了便利。

【技术实现步骤摘要】
一种用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法


[0001]本专利技术涉及一种用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法，尤其涉及一种在船舶领域适用于油水代换舱内减小残油量的燃油舱筋板开孔设计方法。

技术介绍

[0002]船舶油水代换系统是近年来新提出的一种在船舶在燃油消耗过程中，通过不断地向燃油舱底部注入等量海水，使得油水代换舱内的装载状态基本不随燃油消耗而变化的系统。该系统有利于船舶的静力平衡，同时可消除由于液体表面倾斜而形成的倾斜力矩对船舶稳性带来的不利影响，另外设置油水代换舱还增大了压载舱容。
[0003]由于燃油舱始终处于“满舱”状态，燃油和海水在舱内的流动情况与在常规燃油舱内情况有所不同。主要表现为：为了保证舱室的强度和刚度，传统实际中都要在舱室内表面上焊接各类筋板，同时为了保证筋板间的流动，其上都加工有流沙孔和透气孔等通流孔。当这类舱室内装载同一种液体时，筋板的存在对其使用性能没有大的影响，由于气体和液体密度差异大，较小的通流孔即可满足液位升降平稳。但对于油水代换舱，位于舱室顶部的筋板可能对使用产生负面影响，具体表现为：相较于代换舱中间通流面积，筋板上方的通流孔的通流能力过小，因此当油水界面高过顶部筋板下边沿时，相对于水而言筋板下方极大的通流空间几乎不存在阻力，而筋板以上燃油占据的空间内，燃油只能通过筋板上的通流孔流动。由于筋板上通流孔面积很小，从而产生很大局部阻力，燃油很难流畅地通过筋板上的通流孔流出，出现海水流出而燃油被滞留在代换舱舱顶的现象。该现象导致大量燃油被挤压在筋板之间，无法被抽出，代换利用率不能满足设计要求。
[0004]在油水代换系统设计中，针对由于燃油滞留在舱顶的现象导致燃油代换利用率不达标的问题，可采用CFD方法对油水运动进行非定常问题计算，得出油水代换利用率，但计算过程需要很大的计算工作量，因此用CFD方法完成代换舱结构设计是不现实的。
[0005]燃油滞留在代换舱舱顶的现象如图1所示。利用CFD计算了某船舶双层底燃油舱内油水代换过程，图中“+”表示燃油101，
“‑”
表示海水102。在海水由出口被挤出时，燃油舱顶部还滞留了大量的燃油。为此，需要一种针对该问题的快速计算方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是要提供一种用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法。
[0007]本专利技术的技术方案：一种用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法，包括：将被隔断的舱室和流通孔等效为若干空间几何体，计算空间几何体的局部阻力系数，将舱室流道联通关系等效为串并联管网，计算管网的总阻力来表示燃油舱的总阻力，调整筋板等效的管道参数，确定满足减少残油量的方案。
[0008]进一步，上述设计方法，其具体步骤为：
[0009]步骤一：根据燃油舱内部基本结构和油水界面的位置，将燃油舱开孔结构等效为空间几何体，获得对应的局部阻力系数，进入步骤三；
[0010]步骤二：规则形状的局部阻力系数作为外部数据，支撑本方法局部阻力系数获取的方式，或通过仿真或试验获取该数据；
[0011]步骤三：根据各空间几何体之间液体流动的相对关系，划分空间几何体，形成用节点连接的空间几何体串并联网络，进入步骤四；
[0012]步骤四：设置进出口位置，建立等效的有流入流出的串并联管网，进入步骤五；
[0013]步骤五：计算上述串并联管网的总阻力，获得残油量的数据，进入步骤六；
[0014]步骤六：判断残油量满足设计指标的要求，如果不满足要求，进入步骤七；如果满足要求，进入步骤八；
[0015]步骤七：调整筋板等效的管道参数，如修改筋板开孔截面积，更新燃油舱结构，形成新的空间几何体，回到步骤一。
[0016]步骤八：确定满足减少残油量的方案。
[0017]进一步，所述空间几何体视为管道元件。
[0018]进一步，所空间几何体形状等能够视为具有长管特性的管道元件，并根据管道元件的几何参数通过设计手册查到其局部阻力系数，包括通过仿真或试验得到局部阻力系数。
[0019]进一步，所述串并联管网中，各空间几何体之间的相对关系不是空间位置的相对关系，而是流体流向的相对关系。
[0020]进一步，所述管网的总阻力计算，计算停止的指标为海水上升到筋板开孔的高度，燃油出口所在的空间几何体被海水占据，包括利用油水界面变化作为计算停止的各种衍生指标。
[0021]进一步，所述调整筋板等效的管道参数，包括调整筋板开孔的截面积，更新燃油舱结构。
[0022]进一步，所述更新燃油舱结构包括调整开孔位置，修改开孔形状，实现修改等效的管道参数。
[0023]进一步，所述减少残油量的方案是结合残油量指标和燃油舱结构强度综合考虑后得到的指标，通过计算不同截面积的筋板流量，得到在总流量一定条件下最佳的开孔方案，实现残油量指标最优。
[0024]进一步，所述残油量指标，是指当海水上升到筋板开孔的地方后，燃油被挤在筋板开孔和燃油舱顶部之间的燃油量。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术的设计方法能够解决油水代换系统设计中，由于燃油滞留在舱顶的现象导致燃油代换利用率不达标的问题，采用的CFD方法对油水运动进行非定常问题计算，得出油水代换利用率的计算过程需要很大的计算工作量的问题。
[0027]针对某个开孔设计方案，若采用CFD计算，需要数天时间，在相同硬件配置的条件下，按照本方法，仅需要几分钟即可完成计算，为整个设计及后期修改工作带来了便利。
附图说明
[0028]图1为燃油滞留在代换舱舱顶的现象；
[0029]图2为液舱筋板开孔设计方法的流程图；
[0030]图3为典型的燃油舱结构的示意图；
[0031]图4为典型的燃油舱油水混合时流动通道及等效管路图。
具体实施方式
[0032]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本专利技术的保护范围进行任何限制。
[0033]如图2所示，一种用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法，其步骤为：
[0034]201：根据燃油舱内部基本结构和油水界面的位置，将燃油舱开孔结构等效为空间几何体，获得对应的局部阻力系数，进入203。
[0035]202：规则形状的局部阻力系数可以作为外部数据，支撑本方法局部阻力系数获取的方式，也可以通过仿真或试验获取该数据。
[0036]203：根据各空间几何体之间液体流动的相对关系，划分空间几何体，形成用节点连接的空间几何体串并联网络，进入204。
[0037]204：设置进出口位置，建立等效的有流入流出的串并联管网，进入205。
[0038]205：计算上述串并联管网的总阻力，获得残油量的数据，进入206。
[0039]206：判断残油量满足设计指标的要求，如果不满足要求，进入207；如果满足要求，进入208。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法，包括：将被隔断的舱室和流通孔等效为若干空间几何体，计算空间几何体的局部阻力系数，将舱室流道联通关系等效为串并联管网，计算管网的总阻力来表示燃油舱的总阻力，调整筋板等效的管道参数，确定满足减少残油量的方案。2.根据权利要求1所述的用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法，其特征在于，其具体步骤为：步骤一：根据燃油舱内部基本结构和油水界面的位置，将燃油舱开孔结构等效为空间几何体，获得对应的局部阻力系数，进入步骤三；步骤二：规则形状的局部阻力系数作为外部数据，支撑本方法局部阻力系数获取的方式，或通过仿真或试验获取该数据；步骤三：根据各空间几何体之间液体流动的相对关系，划分空间几何体，形成用节点连接的空间几何体串并联网络，进入步骤四；步骤四：设置进出口位置，建立等效的有流入流出的串并联管网，进入步骤五；步骤五：计算上述串并联管网的总阻力，获得残油量的数据，进入步骤六；步骤六：判断残油量满足设计指标的要求，如果不满足要求，进入步骤七；如果满足要求，进入步骤八；步骤七：调整筋板等效的管道参数，如修改筋板开孔截面积，更新燃油舱结构，形成新的空间几何体，回到步骤一。步骤八：确定满足减少残油量的方案。3.根据权利要求1所述的用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法，其特征在于：所述空间几何体视为管道元件。4.根据权利要求3所述的用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法，其特征在于：所空间几何体形状等能够视为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨铭，徐培哲，钱玮翔，王贺远，万新斌，周欣，郑超，于姝雯，杨卫英，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七，
类型：发明
国别省市：