馮樹才 曲東旭 陳彥臻 李 智

（中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海 200011）

0 引言

隨著全球貿(mào)易的迅猛發(fā)展，船舶需求量日益增大，如何降低運(yùn)營(yíng)成本已經(jīng)成為航運(yùn)業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取勝的關(guān)鍵[1]。在船舶運(yùn)營(yíng)成本中，燃油成本相對(duì)其他成本占比較大，因此在保證動(dòng)力裝置性能的同時(shí)，節(jié)約燃油是降低運(yùn)營(yíng)成本的重要技術(shù)手段之一。針對(duì)上述問(wèn)題，除了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本體的改進(jìn)外，機(jī)艙主機(jī)和輔機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)也引起了船舶設(shè)計(jì)者的廣泛關(guān)注。

船舶動(dòng)力裝置的正常運(yùn)行離不開通風(fēng)系統(tǒng)，優(yōu)良的機(jī)艙通風(fēng)是保證設(shè)備正常運(yùn)行的前提，能為機(jī)艙工作人員創(chuàng)造適宜的環(huán)境條件[2]。主機(jī)、輔機(jī)燃燒所需空氣及機(jī)艙設(shè)備的冷卻空氣，都需要有一定足量的空氣供給并形成一定規(guī)模的空氣流，這樣船舶動(dòng)力裝置才能達(dá)到設(shè)備本身的技術(shù)性能[3]。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，主機(jī)、輔機(jī)燃燒用空氣由機(jī)艙風(fēng)機(jī)提供，通過(guò)機(jī)艙風(fēng)道輸送到主機(jī)、輔機(jī)增壓器附近，與機(jī)艙熱空氣混合后進(jìn)入主機(jī)、輔機(jī)。由于主機(jī)、輔機(jī)所需燃燒空氣量較大，機(jī)艙風(fēng)機(jī)容量也較大，因此即便采用變頻風(fēng)機(jī)，節(jié)能效果仍然有限。但若采取機(jī)艙外直接進(jìn)氣系統(tǒng)為主機(jī)、輔機(jī)提供燃燒用空氣，增壓器便可利用專用風(fēng)道直接從機(jī)艙外吸入新鮮空氣，從而降低吸入空氣溫度，提高吸入空氣密度，減小機(jī)艙風(fēng)機(jī)的總?cè)萘俊?/p>

陳豪等[4]基于計(jì)算流體力學(xué)（computational fluid dynamics,CFD）數(shù)值模擬，采用k-ε湍流模型對(duì)某船置換通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效降低了吹風(fēng)感與艙室溫度，提高了熱舒適性。征建生等[5]基于CFD 分析了不同過(guò)濾結(jié)構(gòu)對(duì)某型燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)流場(chǎng)、總壓損失等的影響，結(jié)果表明兩側(cè)分布式的過(guò)濾結(jié)構(gòu)可有效降低進(jìn)口空氣的不均勻度與總壓損失。陳放等[6]基于CFD 對(duì)某船舶進(jìn)氣風(fēng)道進(jìn)行了阻力特性預(yù)測(cè)，進(jìn)氣風(fēng)道結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的阻力系數(shù)可降低8%以上。趙宇晶悅[7]分析了艙外進(jìn)氣系統(tǒng)的特點(diǎn)，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)某小型船舶的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

前文的研究表明數(shù)值模擬方法能有效地為進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)與參考，但這些研究中都僅對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算和設(shè)計(jì)優(yōu)化，而未針對(duì)船舶主機(jī)、輔機(jī)的燃燒空氣需求特性和實(shí)船經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合分析。本文以某大型散貨船為例，對(duì)機(jī)艙外直接進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行研究。根據(jù)船舶主機(jī)、輔機(jī)對(duì)燃燒空氣的需求特性，構(gòu)建直接進(jìn)氣系統(tǒng)的模型，利用FLOW EFD 軟件對(duì)直接進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，分析其設(shè)計(jì)的合理性，并對(duì)直接進(jìn)氣系統(tǒng)在實(shí)船上的應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析與總結(jié)。

1 直接進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與性能分析

1.1 直接進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1.1 直接進(jìn)氣系統(tǒng)的組成

直接進(jìn)氣系統(tǒng)是指主機(jī)、輔機(jī)增壓器從機(jī)艙外直接吸氣，如圖1 所示，此系統(tǒng)需要設(shè)置帶百葉窗的進(jìn)氣房間。舷外的自然空氣通過(guò)百葉窗進(jìn)入進(jìn)氣房間，后由專用結(jié)構(gòu)風(fēng)道接到主機(jī)、輔機(jī)增壓器附近，再由螺旋風(fēng)管連接專用結(jié)構(gòu)風(fēng)道和增壓器進(jìn)氣口。

圖1 直接進(jìn)氣系統(tǒng)

1.1.2 百葉窗

進(jìn)氣百葉窗由葉片式除霧器和介質(zhì)過(guò)濾器組成，如圖2 所示。

圖2 百葉窗

葉片式除霧器采用的是慣性分離技術(shù)，氣流在沖向折流板后急速轉(zhuǎn)向，使液滴運(yùn)動(dòng)軌跡與氣流不同而達(dá)到分離目的；介質(zhì)過(guò)濾器采用的是過(guò)濾分離技術(shù)，過(guò)濾介質(zhì)將氣體中的液態(tài)和固態(tài)顆粒分離出來(lái)。由于濾芯潮濕后的過(guò)濾效果顯著降低且阻力明顯上升，導(dǎo)致濾芯使用壽命縮短，所以過(guò)濾器通常會(huì)和除霧器組合使用。

進(jìn)氣系統(tǒng)中的大直徑顆粒物會(huì)污染空氣冷卻器并增加燃燒室部件的磨損，MAN 公司和WinGD 公司均要求空氣中顆粒物大小不能超過(guò)5 μm。對(duì)于船舶通風(fēng)用百葉窗中過(guò)濾器，我國(guó)采用的標(biāo)準(zhǔn)是《空氣過(guò)濾器》（GB/T 14295—2019），對(duì)外出口船舶采用的標(biāo)準(zhǔn)是歐盟標(biāo)準(zhǔn)《一般通風(fēng)用空氣微粒過(guò)濾器過(guò)濾性能的測(cè)定》（EN779：2012）[8]，見(jiàn)下頁(yè)表1。

表1 EN779：2012 中空氣過(guò)濾器的阻力和效率

百葉窗的尺寸和數(shù)量與主機(jī)和輔機(jī)燃燒所需空氣量有關(guān)。本文所研究船型配備了1 臺(tái)主機(jī)與 3 臺(tái)輔機(jī)（其中1 臺(tái)備用），主要參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 主機(jī)、輔機(jī)主要參數(shù)

為了便于船東維護(hù)和管理，百葉窗采用標(biāo)準(zhǔn)模塊610 mm×610 mm，其凈流通系數(shù)約為0.5。根據(jù)所研究船型的直接進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，以主機(jī)和輔機(jī)100%負(fù)荷的燃燒空氣量為設(shè)計(jì)點(diǎn)，百葉窗進(jìn)氣流速控制在3.5 m/s 左右；按歐盟標(biāo)準(zhǔn)配置表1中G4 過(guò)濾等級(jí)的百葉窗，主機(jī)與輔機(jī)所選用的百葉窗標(biāo)準(zhǔn)模塊數(shù)量分別為54 個(gè)和12 個(gè)。

1.1.3 進(jìn)氣風(fēng)道

進(jìn)氣風(fēng)道包括進(jìn)氣房間、專用結(jié)構(gòu)風(fēng)道和螺旋風(fēng)管。設(shè)置進(jìn)氣房間是為了保證百葉窗的有效流通面積，以保證較低的風(fēng)速，減少流通阻力。直接進(jìn)氣系統(tǒng)的專用結(jié)構(gòu)風(fēng)道內(nèi)設(shè)計(jì)風(fēng)速控制在7 m/s 左右，螺旋風(fēng)管內(nèi)設(shè)計(jì)風(fēng)速控制在10 m/s 左右。[9]

1.2 進(jìn)氣風(fēng)道數(shù)值模擬

由于主機(jī)與輔機(jī)的直接進(jìn)氣系統(tǒng)原理相同，本節(jié)主要對(duì)主機(jī)的直接進(jìn)氣風(fēng)道進(jìn)行研究。根據(jù)系統(tǒng)布置圖應(yīng)用CATIA 軟件進(jìn)行建模，直接進(jìn)氣系統(tǒng)三維模型如圖3 所示。

圖3 直接進(jìn)氣系統(tǒng)三維模型

1.2.1 理論與方法

本文采用FLOW EFD 軟件對(duì)直接進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬，除了最基本的物理守恒定律，還需考慮湍流流動(dòng)的影響。采用基于結(jié)構(gòu)化自適應(yīng)網(wǎng)格的有限體積法來(lái)求解雷諾時(shí)均方程，處理風(fēng)道內(nèi)的湍流問(wèn)題，湍動(dòng)能k以及耗散率ε對(duì)應(yīng)的方程為式（1）與式（2）。

式中：ρ為密度，kg/m3；t為時(shí)間，s；μ為動(dòng)力黏度系數(shù)，kg/（m·s）；Gk是由平均速度梯度引起的湍動(dòng)能k的產(chǎn)生項(xiàng)；Gb是由浮力引起的湍動(dòng)能k的產(chǎn)生項(xiàng)；YM為可壓湍流脈動(dòng)對(duì)總耗散率的貢獻(xiàn)；C1ε、C2ε和C3ε均為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；σk、σε分別是和湍動(dòng)能k、耗散率ε相對(duì)應(yīng)的Prandtl 數(shù)；C1ε、C2ε、C3ε、σk、σε均為模型常數(shù)（推薦取值：C1ε=1.44，C2ε=1.92，C3ε=0.09，σk=1.0，σε=1.3）。

將上述所建三維模型導(dǎo)入FLOW EFD 軟件，計(jì)算其阻力損失，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。由于百葉窗密集且尺寸過(guò)小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其阻力性能可根據(jù)設(shè)備出廠測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，因此在建模時(shí)不考慮其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以相同等效流通面積的進(jìn)風(fēng)口代替。對(duì)進(jìn)氣風(fēng)道內(nèi)的空氣流動(dòng)進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，整個(gè)模型包含直接進(jìn)氣房間、專用結(jié)構(gòu)風(fēng)道和螺旋風(fēng)管。

為了更加精準(zhǔn)地模擬進(jìn)氣風(fēng)道內(nèi)的空氣流動(dòng)，計(jì)算所用的模型尺寸與實(shí)船設(shè)計(jì)尺寸相同，計(jì)算域網(wǎng)格如圖4 所示。對(duì)整個(gè)進(jìn)氣風(fēng)道網(wǎng)格劃分時(shí)，通過(guò)網(wǎng)格局部?jī)?yōu)化技術(shù)來(lái)適應(yīng)物體邊界，全場(chǎng)采用直角的平行六面體網(wǎng)格，對(duì)主流區(qū)域進(jìn)行自適應(yīng)加密，對(duì)突縮結(jié)構(gòu)與彎角處采用局部加密，合理調(diào)整網(wǎng)格數(shù)，有效保證計(jì)算效率與精度，總網(wǎng)格單元約 35 萬(wàn)個(gè)。

圖4 計(jì)算域網(wǎng)格劃分

以進(jìn)氣風(fēng)道為分析對(duì)象時(shí)，進(jìn)出口邊界條件設(shè)置如下：進(jìn)口為壓力進(jìn)口，海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，溫度設(shè)定為25 ℃；出口為流量出口，柴油機(jī)燃燒空氣的體積流量；固壁為絕熱、無(wú)滑移。

1.2.2 結(jié)果分析

網(wǎng)格劃分方案確定后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值模擬。限于篇幅，本文只對(duì)主機(jī)額定工況的流場(chǎng)模擬結(jié)果進(jìn)行分析。以進(jìn)氣風(fēng)道出口平均速度為例，圖5 為進(jìn)氣風(fēng)道出口平均速度迭代計(jì)算過(guò)程。當(dāng)?shù)?66 次后，速度達(dá)到穩(wěn)定，計(jì)算值收斂。

圖5 進(jìn)氣風(fēng)道出口速度迭代計(jì)算過(guò)程

圖6為進(jìn)氣溫度25℃時(shí)進(jìn)氣風(fēng)道流場(chǎng)總壓分布。

圖6 進(jìn)氣風(fēng)道流場(chǎng)總壓分布

可以看出，整個(gè)進(jìn)氣風(fēng)道流場(chǎng)沿著氣流方向存在5 處明顯的局部總壓損失：

（1）由進(jìn)氣房間至專用結(jié)構(gòu)風(fēng)道（A）處?？諝庥芍苯舆M(jìn)氣房間進(jìn)入到主甲板上層的專用結(jié)構(gòu)風(fēng)道進(jìn)口時(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，存在突縮阻力損失。

（2）氣流到達(dá)專用結(jié)構(gòu)風(fēng)道上層（B）處。此處存在90°彎角與突縮結(jié)構(gòu)，會(huì)帶來(lái)一定的阻力損失。

（3）氣流從專用結(jié)構(gòu)風(fēng)道進(jìn)入螺旋風(fēng)管（C）處。此處存在垂直轉(zhuǎn)角，管路由方管變?yōu)閳A管且尺寸變小。

（4）氣流在螺旋風(fēng)管內(nèi)（D）、（E）處。氣流在螺旋風(fēng)管內(nèi)流動(dòng)方向發(fā)生2 次改變，其中在E處接近90°，局部總壓損失很大。

圖7 為進(jìn)氣風(fēng)道流場(chǎng)跡線分布，圖8 為進(jìn)氣風(fēng)道截面速度分布。

圖7 進(jìn)氣風(fēng)道流場(chǎng)跡線分布

圖8 進(jìn)氣風(fēng)道截面速度分布

結(jié)合圖6 至圖8 可見(jiàn)，空氣由百葉窗流入直接進(jìn)氣房間的過(guò)程中存在明顯的氣流擴(kuò)散擾動(dòng)，直接進(jìn)氣房間的空間尺寸相對(duì)較大，總壓損失較小，氣流平均速度在4 m/s 以下。由圖8 可見(jiàn)，氣流由專用結(jié)構(gòu)風(fēng)道進(jìn)入到2 甲板上層空間的過(guò)程中，曾繞過(guò)90°彎角導(dǎo)致邊界層分離，在一處形成回流與渦流并與主流迭加，從而使通過(guò)彎管的流體進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)，加大了彎管的阻力損失，渦流速度小于主流，速度分層明顯，專用結(jié)構(gòu)風(fēng)道內(nèi)的平均流速為7.81 m/s。空氣在進(jìn)入螺旋風(fēng)管的過(guò)程中，經(jīng)內(nèi)壁轉(zhuǎn)折形成的二次流與主流速度差較大，圓弧彎管（D）處和（E）處所產(chǎn)生的二次流速度達(dá)到18 m/s 左右，局部阻力損失很大，螺旋風(fēng)管出口處的平均流速為10.86 m/s。

1.3 直接進(jìn)氣系統(tǒng)阻力分析

根據(jù)三維計(jì)算，進(jìn)氣風(fēng)道的阻力損失、出口速度與進(jìn)氣量的關(guān)系如圖9 所示。

圖9 進(jìn)氣風(fēng)道的阻力損失、出口速度與進(jìn)氣量

由圖9 可見(jiàn)，進(jìn)氣風(fēng)道的阻力損失隨著進(jìn)氣量的增大而增大，兩者之間存在非線性耦合關(guān)系，擬合結(jié)果為y=0.128 3x1.9298。額定工況下，當(dāng)進(jìn)氣量為32.86 m3/s 時(shí)，進(jìn)氣風(fēng)道阻力損失為108.42 Pa；在主機(jī)25%負(fù)荷工況下，進(jìn)氣風(fēng)道出口流速比額定工況減小了6.52 m/s，阻力損失僅為額定工況下的17.33%。

額定工況下，百葉窗進(jìn)口的速度分布見(jiàn)圖10。

圖10 額定工況百葉窗進(jìn)口速度分布

由圖10 可見(jiàn)，各個(gè)百葉窗進(jìn)口與專用結(jié)構(gòu)風(fēng)道進(jìn)口的相對(duì)位置均不同，進(jìn)氣量分布不均勻，進(jìn)氣平均速度也不相同，其中最大的進(jìn)氣速度為3.91 m/s。主機(jī)在不同工況下百葉窗最大進(jìn)氣速度如表3 所示。

表3 百葉窗最大進(jìn)氣速度

百葉窗由除霧器與過(guò)濾器組成，阻力與風(fēng)速的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線如圖11 所示。通過(guò)對(duì)該圖中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性擬合可知，當(dāng)風(fēng)速為V時(shí)，除霧器阻力與過(guò)濾器初始阻力均與V n成正比，其中n分別為1.782 1 與1.519 1。

圖11 除霧器與過(guò)濾器阻力實(shí)驗(yàn)值

結(jié)合各工況百葉窗的最大進(jìn)氣速度，得到百葉窗初始阻力如圖12 所示。

圖12 百葉窗初始阻力

根據(jù)圖9 與圖12，本文所研究船型的百葉窗初始阻力約占直接進(jìn)氣系統(tǒng)初始阻力的50%。

G4 等級(jí)的過(guò)濾器終阻力測(cè)試值為250 Pa。結(jié)合主機(jī)在不同工況下進(jìn)氣風(fēng)道內(nèi)的阻力損失，可得到直接進(jìn)氣系統(tǒng)的初始阻力與終阻力，如圖13 所示。

圖13 直接進(jìn)氣系統(tǒng)總阻力

機(jī)艙外進(jìn)氣為自然通風(fēng)，主機(jī)靠增壓器的自吸能力吸入空氣，MAN 公司的主機(jī)要求直接進(jìn)氣系統(tǒng)阻力不能超過(guò)1 274 Pa。由圖13 可見(jiàn)，直接進(jìn)氣系統(tǒng)的初始阻力與終阻力均隨著主機(jī)負(fù)荷的增大而升高。系統(tǒng)初始阻力為柴油機(jī)許用限制值的3.5%～ 17%，終阻力為柴油機(jī)許用限制值的21%～ 30%，均遠(yuǎn)低于許用限制值。柴油機(jī)可穩(wěn)定運(yùn)行，直接進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。

為了保證直接進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力不超過(guò)主機(jī)和輔機(jī)允許的最大阻力，過(guò)濾器前后要設(shè)置壓力傳感器，連接至船舶監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)濾器壓差。當(dāng)過(guò)濾器壓差達(dá)到其終阻力設(shè)計(jì)值時(shí)，監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)便報(bào)警提醒需及時(shí)清洗或更換過(guò)濾器模塊。

2 船舶運(yùn)營(yíng)成本分析

上述直接進(jìn)氣系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)船上得到了應(yīng)用，其部分實(shí)物如圖14 所示。由于直接進(jìn)氣系統(tǒng)獨(dú)立于機(jī)艙通風(fēng)與排風(fēng)系統(tǒng)，因此采用直接進(jìn)氣可減少機(jī)艙風(fēng)機(jī)總量，提高船舶運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性。

圖14 直接進(jìn)氣系統(tǒng)部分實(shí)物圖

以下從百葉窗的初投資成本以及主機(jī)和輔機(jī)的節(jié)油等方面對(duì)該船應(yīng)用直接進(jìn)氣系統(tǒng)后的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。實(shí)船百葉窗過(guò)濾等級(jí)是EN779：2012標(biāo)準(zhǔn)的G4 等級(jí)，百葉窗數(shù)量共計(jì)66 塊，總價(jià)為41.60 萬(wàn)元。

機(jī)艙通風(fēng)量按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 8861：1998 進(jìn)行計(jì)算。機(jī)艙通風(fēng)量Qtv至少為機(jī)艙內(nèi)所有設(shè)備所需燃燒空氣量qc和設(shè)備散熱所需空氣量qh的總和，見(jiàn)式（3）：

采用直接進(jìn)氣系統(tǒng)后，主機(jī)、輔機(jī)燃燒空氣量不再計(jì)入機(jī)艙通風(fēng)量。按照式（3）計(jì)算，不同進(jìn)氣方案所需機(jī)艙風(fēng)量與風(fēng)機(jī)功率如表4 所示。

表4 不同進(jìn)氣方案的機(jī)艙通風(fēng)量與風(fēng)機(jī)功率

通過(guò)計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知，采用直接進(jìn)氣系統(tǒng)后，機(jī)艙通風(fēng)量降低約57.2%，機(jī)艙風(fēng)機(jī)數(shù)量由原來(lái)的4臺(tái)減為2 臺(tái)。

采用機(jī)艙風(fēng)機(jī)為主機(jī)、輔機(jī)提供燃燒空氣時(shí)，增壓器處的空氣溫度比舷外高3～ 5 ℃；采用直接進(jìn)氣時(shí)，增壓器處的空氣和舷外的空氣溫度基本相同。在同樣的進(jìn)氣口截面積和流速下，進(jìn)入柴油機(jī)氣缸內(nèi)新鮮空氣的氧氣含量增加，燃燒過(guò)程得到改善。根據(jù)主機(jī)制造商提供的數(shù)據(jù)，主機(jī)的單位油耗可以降低約0.1%，節(jié)約油耗約0.164 g/（kW·h）。

將省去的2 臺(tái)機(jī)艙風(fēng)機(jī)持續(xù)運(yùn)行時(shí)所消耗的電量折算成發(fā)電機(jī)組的油耗，可以計(jì)算出直接進(jìn)氣系統(tǒng)能節(jié)省的發(fā)電機(jī)組燃油成本；再加上主機(jī)、輔機(jī)油耗降低所節(jié)約的成本，即可得到百葉窗初投資成本回收周期，如圖15 所示。

圖15 初投資成本回收周期

若按照船舶每年運(yùn)行6 500 h、重油（IFO380）的價(jià)格為3 000 元/t 進(jìn)行計(jì)算，主機(jī)和輔機(jī)每年可節(jié)約燃油成本5.60 萬(wàn)元；2 臺(tái)風(fēng)機(jī)的總功率為 60 kW，發(fā)電機(jī)組的油耗為192 g/（kW·h），省去2 臺(tái)機(jī)艙風(fēng)機(jī)后，每年可節(jié)約成本22.50 萬(wàn)元。采用直接進(jìn)氣系統(tǒng)后，每年的節(jié)油收益約為28.10 萬(wàn)元，而百葉窗的成本為41.60 萬(wàn)元，因此僅一年半左右就可以收回百葉窗投資成本。若處于高油價(jià)期間，回收周期則更短。

3 結(jié)論

本文以某大型散貨船為研究對(duì)象，提出直接進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，采用FLOW EFD 軟件對(duì)直接進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算并分析合理性，對(duì)實(shí)船進(jìn)行運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性分析，得到以下結(jié)論：

（1）直接進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

百葉窗中過(guò)濾器采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN779：2012中的G4 等級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)模塊尺寸610 mm×610 mm；主機(jī)在額定工況下，進(jìn)入百葉窗的氣體流速控制在3.5 m/s 左右，直接進(jìn)氣系統(tǒng)的專用結(jié)構(gòu)風(fēng)道內(nèi)氣體流速控制在7 m/s 左右，螺旋風(fēng)管內(nèi)氣體流速控制在10 m/s 左右。

（2）通過(guò)仿真計(jì)算驗(yàn)證方案合理性

主機(jī)100%負(fù)荷時(shí)，百葉窗進(jìn)口平均流速最大值為3.91 m/s，空氣在專用結(jié)構(gòu)風(fēng)管內(nèi)的平均流速為7.81 m/s，螺旋風(fēng)管出口處平均流速為10.86 m/s，實(shí)際流速與設(shè)計(jì)流速相符；主機(jī)在全工況下，直接進(jìn)氣系統(tǒng)的終阻力為柴油機(jī)許用限制值的21%～ 30%，遠(yuǎn)低于柴油機(jī)進(jìn)氣真空度，通過(guò)增壓器的自吸能力可直接吸入舷外空氣，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。

（3）通過(guò)實(shí)船應(yīng)用驗(yàn)證分析運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性

采用直接進(jìn)氣系統(tǒng)后，柴油機(jī)油耗降低約0.1%，機(jī)艙風(fēng)機(jī)總能耗降低50%，每年的節(jié)油收益為28.10 萬(wàn)元。初投資回收周期短，可有效降低船舶運(yùn)營(yíng)成本，具有良好的市場(chǎng)及應(yīng)用前景。