Введение к работе
Актуальность работы. Важнейшей проблемой эксплуатации кораблей и судов является создание нормальных условий обитаемости для людей (членов экипажа и пассажиров) и для эффективной работы энергетической установки и вспомогательных механизмов, обеспечения сохранности грузов и предупреждения возникновения взрывопожароопасной обстановки.
Микроклимат судовых помещений определяется чистотой и качеством воздушной среды, параметрами ее состояния. Большое влияние на микроклимат судовых помещений оказывают метеорологические условия тех районов, в которых плавают морские корабли и суда. В разное время года температура наружного воздуха может достигать самых низких значений (до -50С) и самых высоких (до +45СС). Температура забортной воды колеблется от -2С до +35С. Морской воздух обладает при этом большой влажностью,- до 70-90%. В таких условиях состояние благоприятного микроклимата для людей, эксплуатируемой радио- и электронной техники, перевозимых грузов является весьма сложной, но актуальной задачей.
Создание необходимого микроклимата в помещениях обеспечивается комплексом корабельных и судовых систем микроклимата, среди которых важное значение принадлежит системам вентиляции. Ими обслуживаются практически все корабельные и судовые помещения. Неудовлетворительная вентиляция этих помещений способна привести к ухудшению самочувствия и даже здоровья людей, нарушению режимов работы механизмов и различной аппаратуры, созданию взрывопожароопасной обстановки. Поддержание качества и чистоты воздуха, а иногда заданной температуры и влажности (без тепловлажностной его обработки) обеспечивается системой вентиляции за счет подачи в помещения наружного воздуха и удаления из них загрязненного.
Кроме того, системы вентиляции служат для подачи воздуха к механизмам, котлам, электрооборудованию и системам, потребляющим воздух в процессе эксплуатации. В некоторых случаях воздухообмен, осуществляемый системами вентиляции, позволяет снизить взрывоопасную концентрацию газов в судовых помещениях (грузовых, насосных отделениях, тамбурах, коффердамах, производственных зонах танкеров, судов - нефтесборщиков, газовозов и плавучих буровых установок). Кратность воздухообмена оценивается отношением объема воздуха, поступающего в помещение в течение часа к внутреннему объему помещения. Она зависит от назначения помещения и определяется Санитарными правилами и Правилами Регистра для гражданских судов и морских инженерных сооружений и инструкциями для надводных кораблей и подводных лодок.
Судовые, а тем более корабельные помещения, крайне насыщены всевозможным оборудованием, устройствами и различными аппаратами. Поэтому для обеспечения эффективной вентиляции таких помещений кроме необходимой кратности воздухообмена необходимо обеспечить опта-
малыше движение потоков воздуха, исключающее образование застойных областей.
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка наиболее эффективной и рациональной системы беструбной вентиляции затесненных и весьма насыщенных оборудованием корабельных и судовых помещений с помощью закрученных струй.
Для реализации цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
- проанализировать основные причины неудовлетворительной
вентиляции машинных помещений с большой насыщенностью оборудо
ванием и образования застойных зон;
разработать структурную схему исследований, направленных на повышение эффективности вентиляции машинных помещений;
исследовать аэродинамику одиночных закрученных воздушных струй в квазиограниченных и ограниченных пространствах;
исследовать взаимовлияние параллельных закрученных струй;
экспериментально проверить поперечное обтекание закрученными и незакрученными струями элементов оборудования имеющих форму цилиндров и призм;
выполнить исследование 'струйных течений в коридорах между основным оборудованием на модели в виде межмашинного канала;
исследовать влияние разносторонне и односторонне закрученных струй на повышение эффективности вентиляции и обеспечение стабильности распределения в пространстве и улучшение качества вентиляции;
провести натурные испытания системы беструбной вентиляции на тральщике пр. 1332;
осуществить внедрение рекомендаций и основных результатов диссертационной работы в практику судостроения и судоремонта.
Методы исследования. В работе использованы эмпирические и теоретические методы исследования. При выполнении работы применены основные положения теории закрученных струй, теории обтекания препятствий затопленными турбулентными струями, теории проектирования и технологии изготовления корабельных вентиляционных систем, положения санитарных требований и требований взрывопожаробезопасности, методы планирования эксперимента и теории математического моделирования. Разработаны теоретические положения, результаты экспериментально-опытных исследований и конструкторско-технологические решения опробованы в натурных условиях реально эксплуатирующегося корабля.
Научная новизна и научные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:
- установлены основные закономерности распространения закру
ченных и незакрученных струй в условиях квазибесконечного простран
ства;
- экспериментально установлен характер течения закрученного
потока в отводе при больших и малых углах наклона лопастей завихрите-ля к его центральной оси;
экспериментально установлены основные аэродинамические характеристики поперечного обтекания тел различной формы (цилиндрических, призматических);
получены математические зависимости линий тока при обтекании объектов цилиндрических и призматических форм;
-разработаны модели, описывающие характеристики закрученных струй в квазибесконечном пространстве-
- установлены характеристики взаимодействия параллельных за
крученных струй в квазибесконечном пространстве;
созданы математические зависимости гидравлического сопротивления завихрителя, раскрытия струй, осевой избыточной скорости потока, частоты вращения закрученной струи от различных факторов;
созданы математические зависимости протяженности вихревой области за препятствием и зоны неустойчивых течений у поверхностей препятствий при поперечном обтекании; раскрытия системы струй в ограниченном канале, раскрытия, скорости и начала взаимодействия системы струй в бесконечном пространстве от различных факторов.
Практическая ценность
Результаты диссертационной работы позволили:
- получить количественные и качественные характеристики за
крученного и незакрученного потоков, состоящих из одной и более струй;
- получить эксплуатационные характеристики односторонне и
разносторонне закрученных струй с целью улучшения вентиляции и воз
духообмена;
разработать рекомендации по проектированию беструбной вентиляции машинных помещений, улучшающих обитаемость;
снизить потребную подачу и мощность вентиляторов;
- снизить протяженность и массо-габаритные характеристики
трубопроводов, что дает экономию дорогостоящих металлов и снижает
затесненность помещений.
Реализация результатов исследований.
Результаты диссертационной 'работы внедрены в ФГУП «ЦС «Звездочка», в ФГУП «НИПТБ «Онега», в ОАО «ССЗ «Авангард», в Сев-машвтузе. Получены 4 акта внедрения.
Результаты опытных натурных исследований машинных помещений тральщика пр. 1332 и рекомендации по оборудованию беструбной вентиляции используются при строительстве, ремонте и модернизации кораблей тралового флота в ОАО «ССЗ «Авангард», подводных лодок, надводных кораблей и плавучих буровых установок в ФГУП «ЦС «Звездочка», утилизирующихся подводных лодок в ФГУП «НИПТБ «Онега», при проведении учебного процесса в Севмашвтузе.
Исследования закрученных струй, обтекания различных объектов, данные экспериментов используются в учебном процессе.
Полученные результаты исследований могут быть использованы
научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими организациями, судостроительными и судоремонтными предприятиями при проектировании и строительстве, ремонте и модернизации корабельных и судовых систем вентиляции.
Апробация работы. Основные результаты докладывались на семинаре XXIII Российской школы по проблемам науки и технологий, РАН, (Екатеринбург, 2003г.); на XXXIII Уральском семинаре «Механика и процессы управления», РАН, (Екатеринбург, 2003г.); на V Междунар. конф. «Моринтех - 2003», (Санкт-Петербург, 2003г.); на Ломоносовских чтениях «Экология: проблемы и программы», (Северодвинск, 2003г.); на IV Междунар. НТК, (Вологда, 2004г.); на Междунар. НТК «Современная наука и образование в решении проблем экономики европейского севера», (Архангельск, 2004г.); на семинаре Архангельского регионал. отделения НТО имени академика А.Н. Крылова, «Вопросы технологии, эффективности производства и надежности», (Северодвинск, 2004г.); на общественных слушаниях НКЦ «Ломоносовский дом», (Архангельск, 2004г.); на НТК «100 лет Российскому подводному флоту», (г. Северодвинск, 2006г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ в научных изданиях, из них 6 статей, остальные - тезисы, доклады и патенты. Доля автора в публикациях (30 - 80) %. В изданиях, рекомендуемых Перечнем ВАК опубликована одна работа,(доля автора 80%).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы из 221 наименования. В приложении приведены 4 акта внедрения. Диссертация содержит 203 страницы основного текста 105 рисунков, 16 таблиц.
Похожие диссертации на Повышение эффективности вентиляции машинных помещений с помощью закрученных струй
