随着海洋经济的快速发展,船舶安全问题受到越来越多的关注。国际船级社最新颁布的船舶行业标准UR M66明确规定,船舶柴油机曲轴箱必须安装具有阻燃结构的防爆阀,以减少因柴油机曲轴箱爆炸而导致的船舶火灾。本文在已有研究基础上,结合有限元仿真技术和试验验证,对防爆阀阻燃、降压的主要功能部件阻燃片上的扰流柱进行了研究。论文主要开展了如下研究工作:(1)阻燃片上扰流柱的形状和尺寸参数对阻燃通道传热和降压性能影响的研究。首先设计了矩形、圆形、菱形和六边形4种典型的扰流柱形状,和纵横比为1:1、1:1.5、1:2的3种不同的扰流柱尺寸参数。然后借助有限元仿真软件,建立了二维稳态矩形阻燃通道仿真分析模型,进行仿真计算,分析不同形状和尺寸参数的扰流柱形成的阻燃通道的温度场、速度场和压力场分布,总结出了最优的扰流柱形状和尺寸参数设计,并归纳出了设计规律。(2)扰流柱迷宫式布局的排列间隙对阻燃通道传热和降压性能影响的研究。针对纵横比为1:2的矩形扰流柱在阻燃片上的迷宫式布局,分别设计了4种不同的纵向间隙和横向间隙,对16个间隙设计方案进行仿真计算,总结出了最优的扰流柱间隙设置方案,并归纳出了设计规律。(3)扰流柱的迎风面和背风面的面形设计对阻燃通道传热和降压性能影响的研究。在上述研究基础上,创新性地提出了扰流柱的迎风面和背风面的内凹式设计。以纵横比为1:2的矩形扰流柱为基础,设计了6种典型形状的迎风面内凹式设计和3种典型形状的背风面内凹式设计,并相应设计了相同形状外凸式的迎风面和背风面设计。然后借助有限元仿真软件,建立三维稳态矩形阻燃通道仿真分析模型,对这18种方案进行仿真分析,总结出了最优的扰流柱迎风面/背风面形状设计方案,并归纳出了设计规律。(4)成果应用及爆炸试验验证。将扰流柱的形状、尺寸参数、排列间隙和迎风面、背风面的研究成果应用到FB87型防爆阀阻燃片上,设计出了3种新的阻燃片上扰流柱的结构设计。再借助有限元仿真软件,建立三维稳态阻燃式防爆阀湍流燃烧仿真分析模型,对FB87型防爆阀阻燃片的扰流柱结构和3种新的扰流柱结构设计进行仿真分析和对比分析。最后对FB87型防爆阀进行爆炸试验,验证仿真分析模型的合理性和新型扰流柱结构设计的有效性。本文的创新点在于提出了一种内凹式的扰流柱的迎风面和背风面的结构设计,进一步提高了阻燃式防爆阀的阻燃和降压性能。由于时间关系,及一些试验条件等多方面因素的限制,本文在某些方面的研究仍存在些许局限,例如阻燃片的材料、表面粗糙度等因素对防爆阀性能的影响,防爆阀的爆炸试验过程难以追踪记录等问题,都是值得未来进一步深入研究的。