[发明专利]一种用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法

说明书

本发明涉及一种用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法，包括：将被隔断的舱室和流通孔等效为若干空间几何体，计算空间几何体的局部阻力系数，将舱室流道联通关系等效为串并联管网，计算管网的总阻力来表示燃油舱的总阻力，调整筋板等效的管道参数，确定满足减少残油量的方案。本发明的设计方法能够解决油水代换系统设计中，由于燃油滞留在舱顶的现象导致燃油代换利用率不达标的问题，采用的CFD方法对油水运动进行非定常问题计算，得出油水代换利用率的计算过程需要很大的计算工作量的问题。按照本方法，仅需要几分钟即可完成计算，为整个设计及后期修改工作带来了便利。

技术领域

本发明涉及一种用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法，尤其涉及一种在船舶领域适用于油水代换舱内减小残油量的燃油舱筋板开孔设计方法。

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。

由于燃油舱始终处于“满舱”状态，燃油和海水在舱内的流动情况与在常规燃油舱内情况有所不同。主要表现为：为了保证舱室的强度和刚度，传统实际中都要在舱室内表面上焊接各类筋板，同时为了保证筋板间的流动，其上都加工有流沙孔和透气孔等通流孔。当这类舱室内装载同一种液体时，筋板的存在对其使用性能没有大的影响，由于气体和液体密度差异大，较小的通流孔即可满足液位升降平稳。但对于油水代换舱，位于舱室顶部的筋板可能对使用产生负面影响，具体表现为：相较于代换舱中间通流面积，筋板上方的通流孔的通流能力过小，因此当油水界面高过顶部筋板下边沿时，相对于水而言筋板下方极大的通流空间几乎不存在阻力，而筋板以上燃油占据的空间内，燃油只能通过筋板上的通流孔流动。由于筋板上通流孔面积很小，从而产生很大局部阻力，燃油很难流畅地通过筋板上的通流孔流出，出现海水流出而燃油被滞留在代换舱舱顶的现象。该现象导致大量燃油被挤压在筋板之间，无法被抽出，代换利用率不能满足设计要求。

在油水代换系统设计中，针对由于燃油滞留在舱顶的现象导致燃油代换利用率不达标的问题，可采用CFD方法对油水运动进行非定常问题计算，得出油水代换利用率，但计算过程需要很大的计算工作量，因此用CFD方法完成代换舱结构设计是不现实的。

燃油滞留在代换舱舱顶的现象如图1所示。利用CFD计算了某船舶双层底燃油舱内油水代换过程，图中“+”表示燃油101，“-”表示海水102。在海水由出口被挤出时，燃油舱顶部还滞留了大量的燃油。为此，需要一种针对该问题的快速计算方法。

发明内容

本发明的目的是要提供一种用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法。

本发明的技术方案：一种用于减小残油量的燃油舱筋板开孔快速设计方法，包括：将被隔断的舱室和流通孔等效为若干空间几何体，计算空间几何体的局部阻力系数，将舱室流道联通关系等效为串并联管网，计算管网的总阻力来表示燃油舱的总阻力，调整筋板等效的管道参数，确定满足减少残油量的方案。

进一步，上述设计方法，其具体步骤为：

步骤一：根据燃油舱内部基本结构和油水界面的位置，将燃油舱开孔结构等效为空间几何体，获得对应的局部阻力系数，进入步骤三；

步骤二：规则形状的局部阻力系数作为外部数据，支撑本方法局部阻力系数获取的方式，或通过仿真或试验获取该数据；

步骤三：根据各空间几何体之间液体流动的相对关系，划分空间几何体，形成用节点连接的空间几何体串并联网络，进入步骤四；

步骤四：设置进出口位置，建立等效的有流入流出的串并联管网，进入步骤五；

步骤五：计算上述串并联管网的总阻力，获得残油量的数据，进入步骤六；