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1、Journal of Dal ian Marit ime Un iversity2004 年 5 月May , 2004文章编号 :100627736 (2004) 0220023203船舶机舱的自然通风于学兴 ,孙培廷 ,夏治发 ,郝俊利(大连海事大学 轮机工程学院 ,辽宁 大连116026)摘要 :以目前自然通风的研究成果为基础 ,结合船舶机舱通风的特点 ,从理论上分析了机舱自然通风的原理 ,初步探讨了热压和风压对机舱通风的作用 . 机舱通风热压的大小取决于机舱内外空气密度的差值 、烟囱上的排风口的高度 、空气在进风管内吸热的多少以及进风口的高度 ,机舱如果采用自然进风 ,必须采用横截面积
2、 较大的风管 ,并尽量减少弯头和节点. 自然风压的大小取决于船速和风速的大小 ,适当地安排进风口和排风口 的位置 ,就可以充分利用风压 ,达到既能促进进风又能促进排风的作用 . 自然风压 、热压和机械风压对船舶机 舱的通风可以起到共同促进的作用.关键词 :船舶机舱 ; 自然通风 ; 风压热压中图分类号 : U664 . 87文献标识码 :A(这样设计烟囱有利于热空气的排出) 开设几个较大的自然排风口 ,对于机舱来说由于存在大量的 余热 ,利用自然通风可达到巨大的通风换气量 ,但自然通风易受外界气象条件的影响.引言0充分 、合理地利用自然通风是一种既经济又有效的船舶节能措施 ,它不消耗动力 ,可
3、以获得满 意的通风换气效果. 目前自然通风在船上的应用 主要局限于自然排风 ,在进风方面应用很少 ,对其 进行的研究更是缺乏 . 而自然通风在厂矿通风中却获得了广泛的应用 ,其研究成果对船舶机舱的 自然通风也有很好的借鉴作用. 机舱内的大部分 区域位于船主甲板以下 ,其中的机械设备在工作 过程中会散发出大量的热使机舱内的空气温度升 高 ,因此就可以利用由此产生的热压和船舶航行时产生的风压 ,通过机舱外面的通风口用风管将 舷外空气引入机舱底部或直接把舷外空气引到主 机透平进口 (也就是所说的主机从舷外吸气) . 自 然排风是现在普遍采用的机舱排风方式 ,船上的 烟囱一般布置在机舱的尾部 ,考虑到
4、烟囱中温度较高 ,可以进一步促使空气上升 ,正是利用这一特 性 ,通常在烟囱的上后部向船艏倾斜的烟囱壁上热压作用下机舱的自然通风图 1 是机舱采用自然通风时的示意图 ,图中2 是进风栅 ,舱外空气从进风栅经进风管引入到 机舱底部 ,在机舱内吸热后上升 ,最后从烟囱上的出风口 5 排出. 空气沿进风管进入机舱时 ,由于生活区和机舱的环境温度高于风管内的空气温度 , 所以进气会被加温 ,使进气的密度下降 ;进入机舱 的空气在机舱内吸热 ,温度升高 ,在经过烟囱到排 出口的过程中将受到烟囱的加热 ,使密度进一步 降低. 在垂直坐标向下为正的情况下 ,机舱通风回1路的压差1p =为23412512 d
5、 h23 d h54 d h )g (+-其中 :12 为大气密度 ;23 为进风管内空气密度 ;图 2 建筑物周围的气流盖着建筑物下风向各表面 (如驾驶台上方 、两侧外 墙和背风面外墙 、或烟囱的上方和后侧) , 并延伸 一定距离 , 直至尾流. 船在海上航行时 , 在无风的 天气 ,如果船速是 15 kn ,相当于船不动而有 7 . 72 ms 的风速 , 如果在正压区开设进风口在负压区开设排风口 ,就可以利用船航行时产生的风压来 加强机舱的通风 . 由于海上航行时风向是不确定 的 ,顺风时使风压减少 , 逆风时使风压增加 , 因此 难以在设计时定量地计算风压 , 但对风压的影响 不可以不
6、做定性分析.图 1 热压作用下大的机舱自然通风54 为机舱内空气密度. 如果不考虑海拔高度和流 动阻力对大气密度的影响 , 并将进气管和机舱内的温度取平均值做为此两处的温度值 ,则p = g (0 h0 + 1 h1 - 2 h2 )= g (0 - 2 ) h2 - g01 h1式中 :0 为大气密度 ;1 为进风管内空气密度 ;2 为机舱内空气密度 ;01 为进风管内的密度降 , 01 = 0 - 1 . 由上式可以看出 ,机舱通风热压 的大小取决于机舱内外空气密度的差值 、烟囱上 出风口的高度 、空气在进风管内吸热的多少以及 进风口的高度 , 如果能采取措施使在进气过程中 的吸热量减少
7、,则进气口高度的影响就会减少. 当 进气管内的摩阻和局部阻力大时 , 进气过程中的 压力降会增大 , 体现在热压上就是由于进气密度 的降低而使热压降低 , 而且由于阻力的增大也会 使流量减少. 因此 , 机舱如果采用自然进风 , 必然 会采用横截面积较大的进风管 , 并尽量减少弯头 和节点.风压 、热压同时作用下的自然通风当机舱通风受到风压 、热压同时作用时 , 机 舱内进 、排风口处的内外压差就等于风压 、热压单 独作用时窗孔内外压差之和. 对于图 1 所示的通 风 ,进 、排风口处的内外压差32vwp32 w=- K3p x32vwp5 =2 0p x 5-K52风压作用下的自然通风室外气
8、流吹过甲板的上层建筑时 , 气流将发2 v wh2 g (0 - 2 )0=+- K5p x 32式中 : p x3 为进风口 3 处的余压 ( 余压是机舱内某处的压力和舱外未受建筑物或其他物体扰动的空 气压力的差值) ; p x5 为排风口 5 的余压 ; K3 、K5 为进 、排风口的空气动力系数 ; h2 为进 、排风口之 间的高差.生绕流. 在建筑物附近的平均风速是随建筑物高度的增加而增加的. 迎风面的风速和风的紊流会 强烈影响气流的流动状况和建筑物表面及周围的 压力分布. 从图 2 中可以看出 ,由于气流的撞击作 用 ,在迎风面形成一个滞流区 ,该处的静压力高于 大气压力处于正压状态
9、 ,一般情况下 ,风向与该平面的夹角大于 30时 ,会形成正压区 .室外气流绕流时 , 在建筑物的顶部和后侧形 成弯曲循环气流. 其上部的涡流区称为回流空腔 , 其背风面的涡流区称为回旋气流区. 这两个区域 的静压力均低于大气压力 ,形成负压区 ,负压区覆机械风压与自然风压 (包括热压) 的匹配机械通风是现在船上普遍采用的通风形式 , 自然风压存在的结果必然对机械通风起到促进作 用 ,图 3 中 为没有自然风压时风机的特性曲4图 4 机舱自然进风的中和面位于中和面上的通风口在自然通风时是没有空气 流进的 ,中和面以上余压为正 ,中和面以下余压为 负 . 在船上中和面位置比较高 ,机械通风的进风
10、口 一般都位于中和面以下. 如果把风机停掉 ,可以发 现从主机缸头一层往下的通风口都会向机舱内进气 ,但是由于机械供风系统的风管细 、弯头多 、节 点多 , 管路也比较长 , 自然通风所起的作用有限 , 如果能设计专门的自然通风系统 , 就可以大大提 高自然风量 ,从而减少风机的数量 ,达到节省能源 的目的.图 3 机械风压和自然风压的共同作用线 , M 1 和 Q 1 分别为工况点和所需的风量 ; 为 总自然风压线 ; 为 和 的合成曲线 . M 3 是风机在有自然风压作用下的工况点 , Q 3 为通过风机的实际风量 , Q 3 Q 1 ,从图上可见 , 为了节省 电力 ,可以把风机的特性曲
11、线由 调整为 ,与 3 合成后即可以满足风量 Q 1 的要求 , 所以既便在只采用机械通风系统的船上 , 由于自然风压 的存在 ,也可以使供风量大于设计风量 . 这是因为 在自然通风的作用下 ,机舱内会存在一个中和面 , 即图 4 中的 0 - 0 平面 ,在中和面上 ,余压等于零 ,参考文献 :1 高仁礼 ,季 宁 ,吴德昌 . 关于自然风压的概念问题探讨 J .煤炭工程师 ,1998 (4) : 29231 .2 伍 云 . 高自然风压矿井通风系统分析及机械风压与自然风压最优匹配 J .56 .劳动保护科学技术 , 1996 , 16 ( 2) : 522Natural vent ilat
12、 ion f or engine room on shipYU Xue2xing , SU N Pei2ting , XIA Zhi2f a , HAO J un2li( M a ri ne En g . Col lege , Dalian Maritime U niv. , Dalian 116026 , China)Abstract : This paper based o n t he research of nat ural ventilatio n fo r f acto ry and mine , taking into acco untt he characteristic of
13、 engine roo m nat ural ventilatio n , t heo retically analyses t he p rinciple of engine roo m ven2 tilatio n and t he f unctio n of t her mal p ressure and wind p ressure in t he ventilatio n . The value of t her mal p re2 ssure depends o n t he difference of t he temperat ure bet ween t he engine
14、roo m and t he enviro nment , t he height of t he o utlet po rt , t he quantit y of heat abso rbed by air flowing t hrow t he air inlet pip s and t he height of inlet po rt . A set of air inlet pipes wit h bigger diameter and fewer elbow s and no des is necessary fo r t he p urpo se of efficient nat
15、 ural ventilatio n . The value of wind p ressure depends o n t he velocit y of wind and ship . By p roperly selecting t he po sitio n of inlet and o utlet po rt s , wind p ressure can boo st t he ventilatio n , and all t her mal p ressure , wind p ressure and air p ressure resulting f ro m axial f an can serve t he ventilatio n int he same po sitive directio n .Key words :engine roo m ; nat ural ventilatio n ; wind p ressuret her mal p ressure