船舶周围温排水扩散研究

作     者：高华 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙江龙

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：温排水扩散 数值模拟 温升控制 船底挡板 

摘      要：与陆上核电站相比,海上浮式核电平台有着安全性高、建造费用低和移动方便等优点。建设海上浮式核电平台,可以很好地解决海洋工业的能耗需求,符合国家能源发展战略。在核电平台作业时,主机舱的温排水会使得核反应堆舱冷却循环系统取水口处的水温升高,影响冷却效果。因此探究浮式核电平台温排水的扩散情况,分析排水口的温排放对取水口温升的影响,对保障循环系统高效运行具有重要意义。核电平台温排水扩散过程的实质是横流环境中带船表面约束的热水浮力射流问题。在此基础上,本文首先介绍了国内外相关研究现状和数值模拟的理论基础,并对一个均匀横流环境中的热水浮力射流问题进行了数值模拟,得到的温度和速度轨迹线与试验结果吻合较好,验证了该数值模拟方法的可靠性。然后以ACPR50S海上浮式核电平台船为研究对象,建立了船舶周围温排水扩散的数值计算模型,并开展了相应的船舶模型试验,将数值计算结果与试验结果对比,结果表明,该数值模拟方法在计算船体周围温排水扩散情况时可行性良好。并通过分析取水口的温升情况得出,温排水从船底排出时,其热扩散主要在船底进行,这对船底取水口的温升影响较大,而对船侧取水口的温升影响很小。接着探究了洋流速度和温度分层对温排水扩散和取水口温升的影响,结果表明,较大的洋流速度和环境负温度梯度的存在会使得温排水扩散范围变小,取水口温升降低。最后为控制船底取水口的温升,改善冷却效果,本文提出了一种在船底排、取水口之间增设温升控制挡板的方案,该方案会同时影响取水口温升和船舶阻力性能。在此基础上,通过探究挡板位置、张角、高度和倾角对两者的综合影响,对挡板方案进行优化,得到了最终挡板方案。结果表明,增设挡板可以使取水口温升降低78.761%,此时船舶阻力增大4.823%。本文建立的船舶周围温排水扩散数值模拟方法对相关研究具有一定的借鉴意义,提出的船底挡板方案为浮式核电平台取水口的温升控制设计提供了参考思路。