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免费试驾Flomaster 14天,学习如何建立一个上升的主网络,并在几秒钟内分析网络流量,然后使用这些数据来识别可疑的下游气蚀。

工程边缘

设计现代潜艇

蒂森克虏伯

蒂森克虏伯海洋系统面临的挑战,由Flowmaster®克服

通过T。Zikofsky蒂森克虏伯海事系统公司

e今日文建造一艘潜艇与我们从汽车工程领域所知道的设计过程还相差甚远。一方面,这是由于集成系统和部件的数量较多,另一方面是因为客户订购的船只数量较少。

图像
图1。HDW 212A级U34潜艇(图片由蒂森克虏伯海洋系统公司提供)

这些事实和国防业务中非常稳定的过程的结合使得工程师很难在一批订单中改进系统。因此,需要开发良好的一维CFD工具来获取设计过程所需的所有信息,并确保在第一艘潜艇投入使用前确定系统行为。

Flomaster提供的功能可帮助工程师为管道设计和泵所需的功耗找到最佳和最有效的解决方案。有了这个软件,你就可金宝博滚球专家以计算出压降了,NPSH值,流速,流体速度,振荡等。而且,可以计算固体和液体之间的热传递(相互作用)。

本文概述了工程师在设计过程中所面临的挑战,这是人类所能建造的最复杂的机器之一。它还将提供有关如何在基尔的蒂森克虏伯海洋系统潜艇场使用Flomaster的见解,德国。

常规潜艇

常规潜艇
图2。常规潜艇

现代常规潜艇使用基于柴油燃料电池组合的非核空气独立推进系统(AIP)。该系统的战术优势是非常低的热和声学信号,加上长时间处于水下的能力。2013年,德国海军U32潜艇在水下停留时间比以往任何时候都长,创造了新的世界纪录。从德国到美国东海岸的旅行。

现代HDW 212A和214级潜艇的流体系统集成了近3000个阀门和许多公里长的管道。这些系统分为单个子系统,如冷却海水系统,燃料电池系统,镇流器系统释放和补偿系统,燃油系统,冷却水系统,武器补偿系统,消防系统,等。

当然,所有系统都必须坚固可靠,因为海上条件恶劣,有时甚至充满敌意,即使没有战斗场景。

冷却系统模拟

冷却系统模拟
图3。复杂冷却系统网络的一部分

潜艇系统中有两种仿真场景:1。检查现有系统和2的性能。设计一个全新的。

第一种方法最简单,因为,在大多数情况下,通常有现有的管道布线的CAD数据或等角图,以便快速建立网络。第二种方法更困难,因为管道的最终路径没有详细说明。工程师必须估计未来的路线,并计算可能的故障。一个项目的时间表使得在管道布置完成之前,有必要长时间订购泵,所以必须使用第二种方法。

建立数字网络一直是时间和金钱的问题。通常选择一个简单的网络来缩短获得第一个解决方案的时间。

如果一个人需要一个精确的解决方案或许多附加功能,你必须投入更多的时间来描述模型,当然,瞬态模拟所需的时间会增加。一般来说,可以根据规范生成网络,详细比例为100%。

在蒂森克虏伯海洋系统,网络用于:

  • 计算泵的工作点
  • 计算净正吸入压头值;;
  • 模拟泵转速变化过程中的干扰(振荡);;
  • 检查系统的热管理;;
  • 为技术手册收集阀门位置的所有信息;;
  • 根据机械和声学板检查管道中的流速;和
  • 计算管道系统的填充量以支持潜艇的重量计算

在潜艇投入使用之前,节省时间和金钱。

系统复杂性

目前,蒂森克虏伯海洋系统模拟使用水的系统,海水,燃料油,空气,理想气体,作为工作流体的氧和氢。为此,为了使用不同管径的内管标准,材料,泵曲线阀门的压降,襟翼和过滤器保存在Flomaster中。这使得定义复杂网络和设置必要的边界条件变得更容易。在一些超过1个的网络中,使用100个组件。

图3显示了一个包含大量组件的网络。利用该系统可以计算出所需的泵尺寸和不同流道内的流体分布。由于热交换器的热负荷,也可以计算管道中的温度。使用瞬态解算器时的一个特殊功能是在运行模拟过程中改变单个阀门的开启位置,这样我们就能看到系统的真实反应。

瞬态情况

瞬态情况
图4。后处理示例:复杂泵系统的干扰分析

在潜艇的每个工作状态下,安装的冷却泵必须支持不同的流速。使用Flomaster可以定义用于参数研究的单个操作设置。图4显示了瞬态干扰分析结果图的示例。根据该巡航条件的规范,泵号1号泵必须提供恒定的流量。2,3和4正在启动。很明显,对于当前的管道配置,1号泵在不提高转速的情况下无法提供所需的流量。根据此信息,泵号的所需泵速1可以计算和最佳转向和自动工程概念,为每个巡航条件可以找到。

图5显示了水下巡航条件下柴油发电机废气系统的网络。系统的部分管道在外墙处用海水冲洗,部分管道被隔离。利用这种结构,可以计算管道和海洋之间的热交换,也可以计算管道中废气的温度。

废气系统
图5。潜航状态下的废气系统网络

结论

潜艇设计过程中的数值系统模拟是工程师在最短时间内为流体或管道系统布局找到最佳解决方案的一个很好的工具。Flomaster是ThyssenKrupp船用系统分析的首选工具。也可以通过离线计算阀门位置或泵转速来支持潜艇船员找到最佳的系统设置。有了Flomaster软件和SQL数据金宝博滚球专家库,大量的工程师也可以在一个大型项目上并行工作。提高效率,缩短设计周期。

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