[发明专利]一种流量平衡的扩散管设计方法

说明书

本发明公开了本发明的一种流量平衡的扩散管设计方法，包括以下步骤：选取第一组总管结构参数样本；计算得到支管开孔内径；选取满足实际条件的支管开孔内径；校核孔口流量系数符合实际；修改孔口流量系数，更新总管结构参数样本；校核支管最大流量条件是否满足设计要求；修改开孔数，更新总管结构参数样本；修改总管内径，更新总管结构参数样本；调整支管开孔型式逼近所计算得到最优值。使用本发明的方法设计的扩散管具备配水均匀和流量限值效果，能够减小了油水扰动程度，从而保障了油水代换系统实现油水代换舱同时具备燃油舱和压载舱功能的可行性，提升了全船的使用性能。

技术领域

本发明涉及一种流量平衡的扩散管设计方法，尤其涉及一种在船舶油水代换管系中液舱内流量平衡的扩散管设计方法，属于船舶技术领域。

背景技术

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。

该系统没有在国内得到广泛推广的主要问题在于海水注入燃油过程中，油水界面出现较大扰动，可能会形成油水乳化层，在平稳航行时，这一乳化层厚度不大(2～5毫米)，但在5～6级海况下，可达40～60毫米，影响船舶燃油系统正常工作。

扩散管是在油水代换系统中实现海水平稳挤压燃油的核心部件。如图1所示，典型的扩散管100主要包括总管101、支管102以及扩散头103三部分构成。相较于普通管路，总管101为一根端部封闭的圆管，通过增大流通面积，起到了降低流速，减少扰动的作用。总管101上分布了特定规格的支管102，主要起与扩散头连接作用，扩散头103与支管102采用螺纹连接，扩散头103为不同内径的圆管，扩散头103起到调整各支管出口流量平衡的作用。扩散管结构参数设计的优劣直接决定了扩散管的效果和系统的性能，然而，配水不可能完全均匀，通过以支管流量平衡为最优目标，使扩散管设计满足工程要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何使得扩散管同时具备配水均匀和流量限值效果，从而减小油水扰动的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种流量平衡的扩散管设计方法，扩散管包括扩散管包括总管、支管和扩散头，总管的一侧与多个支管连接，每个支管的端部均设有扩散头，其特征在于，扩散管设计方法包括以下步骤：

步骤1：根据流量平衡指标要求，初步确定扩散管的总管结构参数取值范围并且在该总管结构参数取值范围内选取一组总管结构参数样本；

步骤2：针对该总管结构参数样本，执行流体阻力计算，以得到相应的支管开孔内径；

步骤3：选取满足实际条件的支管开孔内径；

步骤4：根据包括总管结构参数样本和满足实际条件的支管开孔内径，校核孔口流量系数，并判断孔口流量系数是否符合实际；如果是，进入步骤6；如果否，进入步骤5；

步骤5：修改孔口流量系数，更新总管结构参数样本；进入步骤2；

步骤6：根据包括总管结构参数样本和校核后的满足实际条件的支管开孔内径，校核支管最大流量值条件，并判断是否满足设计要求；如果是，进入步骤9；如果否，进入步骤7；

步骤7：修改开孔数，更新总管结构参数样本；如果修改开孔数，得到的最大流速能满足设计要求，进入步骤2；如果修改开孔数，得到的最大流速无法满足设计要求，进入步骤8；

步骤8：修改总管长度和内径，更新总管结构参数样本；进入步骤2；

步骤9：得到最优总管结构参数样本和满足实际条件的支管开孔内径；调整扩散头结构形式，修正支管开孔内径，使设计的支管流量逼近所计算得到的最优值，从而使得制得的扩散管的所有支管的流量达到平衡；