【摘要】：隨著海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,船舶安全問題受到越來越多的關(guān)注。國(guó)際船級(jí)社最新頒布的船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UR M66明確規(guī)定,船舶柴油機(jī)曲軸箱必須安裝具有阻燃結(jié)構(gòu)的防爆閥,以減少因柴油機(jī)曲軸箱爆炸而導(dǎo)致的船舶火災(zāi)。本文在已有研究基礎(chǔ)上,結(jié)合有限元仿真技術(shù)和試驗(yàn)驗(yàn)證,對(duì)防爆閥阻燃、降壓的主要功能部件阻燃片上的擾流柱進(jìn)行了研究。論文主要開展了如下研究工作:(1)阻燃片上擾流柱的形狀和尺寸參數(shù)對(duì)阻燃通道傳熱和降壓性能影響的研究。首先設(shè)計(jì)了矩形、圓形、菱形和六邊形4種典型的擾流柱形狀,和縱橫比為1:1、1:1.5、1:2的3種不同的擾流柱尺寸參數(shù)。然后借助有限元仿真軟件,建立了二維穩(wěn)態(tài)矩形阻燃通道仿真分析模型,進(jìn)行仿真計(jì)算,分析不同形狀和尺寸參數(shù)的擾流柱形成的阻燃通道的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)分布,總結(jié)出了最優(yōu)的擾流柱形狀和尺寸參數(shù)設(shè)計(jì),并歸納出了設(shè)計(jì)規(guī)律。(2)擾流柱迷宮式布局的排列間隙對(duì)阻燃通道傳熱和降壓性能影響的研究。針對(duì)縱橫比為1:2的矩形擾流柱在阻燃片上的迷宮式布局,分別設(shè)計(jì)了4種不同的縱向間隙和橫向間隙,對(duì)16個(gè)間隙設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真計(jì)算,總結(jié)出了最優(yōu)的擾流柱間隙設(shè)置方案,并歸納出了設(shè)計(jì)規(guī)律。(3)擾流柱的迎風(fēng)面和背風(fēng)面的面形設(shè)計(jì)對(duì)阻燃通道傳熱和降壓性能影響的研究。在上述研究基礎(chǔ)上,創(chuàng)新性地提出了擾流柱的迎風(fēng)面和背風(fēng)面的內(nèi)凹式設(shè)計(jì)。以縱橫比為1:2的矩形擾流柱為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了6種典型形狀的迎風(fēng)面內(nèi)凹式設(shè)計(jì)和3種典型形狀的背風(fēng)面內(nèi)凹式設(shè)計(jì),并相應(yīng)設(shè)計(jì)了相同形狀外凸式的迎風(fēng)面和背風(fēng)面設(shè)計(jì)。然后借助有限元仿真軟件,建立三維穩(wěn)態(tài)矩形阻燃通道仿真分析模型,對(duì)這18種方案進(jìn)行仿真分析,總結(jié)出了最優(yōu)的擾流柱迎風(fēng)面/背風(fēng)面形狀設(shè)計(jì)方案,并歸納出了設(shè)計(jì)規(guī)律。(4)成果應(yīng)用及爆炸試驗(yàn)驗(yàn)證。將擾流柱的形狀、尺寸參數(shù)、排列間隙和迎風(fēng)面、背風(fēng)面的研究成果應(yīng)用到FB87型防爆閥阻燃片上,設(shè)計(jì)出了3種新的阻燃片上擾流柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。再借助有限元仿真軟件,建立三維穩(wěn)態(tài)阻燃式防爆閥湍流燃燒仿真分析模型,對(duì)FB87型防爆閥阻燃片的擾流柱結(jié)構(gòu)和3種新的擾流柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真分析和對(duì)比分析。最后對(duì)FB87型防爆閥進(jìn)行爆炸試驗(yàn),驗(yàn)證仿真分析模型的合理性和新型擾流柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于提出了一種內(nèi)凹式的擾流柱的迎風(fēng)面和背風(fēng)面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),進(jìn)一步提高了阻燃式防爆閥的阻燃和降壓性能。由于時(shí)間關(guān)系,及一些試驗(yàn)條件等多方面因素的限制,本文在某些方面的研究仍存在些許局限,例如阻燃片的材料、表面粗糙度等因素對(duì)防爆閥性能的影響,防爆閥的爆炸試驗(yàn)過程難以追蹤記錄等問題,都是值得未來進(jìn)一步深入研究的。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U661
【圖文】：

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文（專業(yè)型）第 1 章 緒 論題背景與意義年來，伴隨著經(jīng)濟(jì)全球化，海洋經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國(guó)致力于開發(fā)海上絲綢運(yùn)貿(mào)易量大大增加[1]。而船舶作為海洋經(jīng)濟(jì)的主要載體，我國(guó)船舶行業(yè)的到重視，其中船舶安全受到的關(guān)注度最高。船舶在作業(yè)、停泊、航行過程或自然的因素導(dǎo)致船舶失火甚至引發(fā)爆炸，從而造成船舶火災(zāi)事故。中新網(wǎng)消息，2013 年 9 月 1 日，舟山六橫水域一艘萬噸輪船失火，如圖 1、消防、海監(jiān)、漁政、船級(jí)社和港航六個(gè)部門，出動(dòng) 11 艘救援船只和 5徹夜奮力救援，大火才被成功撲滅，僅船舶及貨物的經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)幾百萬

) 救援現(xiàn)場(chǎng) (b) 燒毀后的機(jī)圖 1-1 萬噸輪船燒毀后的現(xiàn)場(chǎng)[2]，2016 年 10 月 20 日，一艘廣東籍“豐盛油頭裝載化工輕油過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)艙突發(fā)爆炸年 4 月 8 日，一艘游輪在泰國(guó)西南部海域起其中中國(guó)游客 16 人。大火從引擎室開始燃客們被迫穿上救生衣后跳海逃生[4]。

防爆閥的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化發(fā)展迅速，有關(guān)防爆閥的專利，層出不窮同應(yīng)用場(chǎng)合，專家學(xué)者對(duì)不同功能的防爆閥都有一定的研究，有關(guān)火焰在防爆播與淬熄，及防爆閥降壓阻燃滅焰機(jī)理方面的研究更是有很多，阻燃片是防爆工作零件，阻燃片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是國(guó)際上專家學(xué)者們的重點(diǎn)研究對(duì)象。防爆閥的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，專家學(xué)者針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，從結(jié)構(gòu)、性能、入手，研究防爆閥。隨著 M66 指令的頒布，從 2008 年 7 月起，所有船舶的發(fā)須要安裝帶阻燃結(jié)構(gòu)的防爆閥，且必須能夠承受一次以上的爆炸。專業(yè)生產(chǎn)防oerbiger 廠家，推出了一種 EVS 型防爆安全閥，其具有雙層的阻火器，能夠承 2 次以上的爆炸[11]。賽特公司根據(jù)國(guó)際船級(jí)社制定的 M66 防爆閥型式認(rèn)可規(guī)一種 FBD 阻燃式防爆閥，并且實(shí)驗(yàn)成功，安裝了該防爆閥的柴油機(jī)，爆炸時(shí)焰噴出[12]。Hoerbiger 公司生產(chǎn)了具有滅焰、泄壓功能的 EVN2.0 系列防爆閥，了 EN16009、ATEX 等認(rèn)證，符合 ISO9001 體系要求。其特點(diǎn)為：爆炸時(shí)無火爆炸后閥門快速關(guān)閉無空氣進(jìn)入，預(yù)防了二次爆炸、可任意方向安裝且安裝方維護(hù)保養(yǎng)等[13]，如圖 1-3 所示。

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