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摘要：近几十年来，随着舰船设计、建造水平的不断提高，舰船舱室环境控制系统也充分借鉴国内外相关领域最新的研究成果，不断地进行优化改进，如针对关键污染源——柴油机排气的综合模拟研究；开展舱室气流组织及空调管网优化，加强舱室空气污染物传播与控制技术的研究等，取得了显著效果。但是对于舰船舱室机械通风系统与外界大气的置换效能研究较为薄弱，目前，在设计阶段，仅根据空调冷热负荷及设计新风量需求配置机械通风系统，未考虑由于船舶空间限制可能导致的机械通风送排风口短路风险。在试验和实际使用时，通常根据通风换气时舱室典型污染物浓度的下降速率间接反映通风系统效果的好坏。
关键词：船舶机舱；通风管道；设计；优化
1通风形式的比较
1.1全新风系统
全新风系统设计是采用风机将舱内污浊空气排出至舱外，将舱外的新鲜空气引至舱内。全新风系统由风机、风管和空气过滤器等组成。新风系统的空气过滤器，应具有清除原子、生物、化学污染物的能力。总风量的确定一要满足排出舱内热负荷，二要满足换气次数的要求。机舱内进风大于排风的设计为正压设计。对于有舱内进气要求的机舱，一般采用正压设计。无进气要求时，一般机舱采用负压设计，即排气量略大于进气量的设计。全新风系统设计由于大量新风进到舱内，在排出机舱内设备发热量的同时，可以保证舱室的新风量。但由于风量较大，需单独设置进、排风风机室，独立的进、排气围井通道，占用较多的总体资源。由于风量较高，风机噪声较高，风管内风速也较高，整个舱室内的通风噪声相应升高。由于机舱内发热设备较多，空间布置紧凑，采用风管送、排风时，容易造成机舱内空间布置特别紧张，局部区域风管无法送至，造成局部温度过高。部分水面船舶设计中，未设置进、排风管，仅设置了进、排风室，风机将外界空气吸入至机舱顶部某一个部位，而机舱另一端设置排风风机将舱内热空气排出；此种设计很难保证机舱内布风及温度的均匀性。
1.2循环冷却加新风系统
由于海水的比热容比空气大，利用海水将舱室内发热量带走的方式必然可以减少舱室通风量，从而降低舱室风管大小及降低风速，减少噪声。某型船上，采用了两套循环冷却通风装置，同时采用风机进行机械通风处理；由于海水的温度常年在20℃左右，而外界环境温度则波动较大，一般在外界达到35℃左右时，海水还能保持在25℃左右，因此这种方式可大大降低机舱内的温度。采用这种方式，外界新风虽然较全新风设计有所减少，但换气次数仍应保证15次/h左右，以满足人员对新鲜空气的需求的同时，仍可保持舱内的污浊物浓度控制在一定的范围内。由于有闭式循环冷却，在外界新风切断的情况下，仍可保持舱内温度最高温度不超过50℃左右。此种形式的设计有利于在需要保持密闭的情况时进行对外关闭。
1.3射流通风
空气射流通风技术是一种高效率的通风技术，其技术原理是通过系统管路上设置的空气喷嘴喷射出高速气流，诱导和驱动其周围的空气向前运动，引导热量随着空气推向排风部位，从而达到通风换气的目的。其理论来自动量守恒定律和流体力学中射流的扰动特性，它以高速喷出的少量气体有效地诱导及搅拌周围静止的大量空气，并带动这些空气至特定的目标方向。空气射流通风系统的空气喷流属于等温自由紊流圆射流形式，其主要由螺旋风管系统、空气射流喷嘴和高压离心风机等组成。螺旋风管系统由小口径圆形高速螺旋风管及相应的联接附件组成。空气射流喷嘴为圆锥形，可以装配在固定位置，也可灵活地布置于金属管段上，通过喷嘴自身带有的挠性管段和调风门，可以自由灵活地根据系统设计要求在现场调整喷嘴射流的方向及流量大小，组织空气流场，避免出现气流组织不均匀、通风死角的产生。高压离心风机则为整个空气射流通风系统提供足够的压力，以保证空气射流从喷嘴高速射出。利用空气本身来控制空气分布的系统，通过与主送风系统的配合使用，达到舱室通风换气的目的。因此，采用空气射流通风技术后的机舱通风系统将由两部分组成，即机舱主送风系统和空气射流通风系统。根据系统的使用功能，虽然空气射流通风系统不可完全取代机舱通风系统，但它可取代常规机舱通风系统中庞大而复杂的矩形风管，充分利用其系统空间尺寸小、构成简单、布置灵活和通风效率高的特点，在为动力等其他管路及主干电缆的布置让出机舱内宝贵的上部空间的同时，达到机舱良好通风的效果。射流通风系统的设计主要在于布风形式上，其原理是通过射流喷咀本身的特性，射出高速气流，诱导和驱动其周围的空气向前运动；并通过喷咀的布置及方向，对舱内气流进行组织，从而确保机舱内的温度分布均匀及良好的通风效果。射流喷嘴出口流速可高达40m/s。理论上，1倍的空气可诱导带动10倍以上的空气流动，因此射流通风可大大减少舱内的风管大小。同时，由于系统末端的射流风管较小，喷嘴可调，因而大大增加了布置的灵活性，使得舱室内很少出现通风死角。
空气射流通风技术的机舱通风的优点：①将空气输送到常规通风系统很难送到的处所；易于安装，管路系统结构简单，系统泄漏可能性小，查补容易；②更为有效地均衡温度和空气分布上的差异；当机舱主送、排风机停止运行时，该系统仍可以保证机舱内产生均匀的空气流动；③由于空气射流通风系统采用的风机为高静压风机，使得机舱通风系统配装冷却或加热盘管成为可能，从而可以达到控制调节机舱环境温度的目的，有着很强的功能拓展性。
2优化设计
要建立合理、美观、精确的风管模型，必须选用合适的三维建模软件，本文所述的实例中选用的是目前国内船舶设计部门广泛使用的Tribon建模软件。Tribon系统可分为船体设计、舾装设计、系统管理及维护三部分。与其他船舶CAD软件相比，具有优点：有可共享的数据库，Tribon软件的各个子系统都可以共享和调用数据库中任何信息，从而使整个船舶生产设计过程可以同步进行，比如船体与舾装可以边建模边检查是否存在干涉碰撞，避免了返工；集详细设计与生产设计于一体，是设计内容最全面的系统之一；建模完成后可以提供不同部件的重量信息，以及自动生成管子制作图，方便生产需要。
2.1建模前期准备工作
建模前的准备工作主要体现在对附件库的数据完善。Tribon系统的附件库采用的是单一数据库，对于不同的项目，相同的附件只需要建立一次即可反复使用，因此建模初期的建库工作量相对较大，一旦完成，后续工作的时间将大大减小。
2.2风管建模
风管属于船舶管系，对于管系的建模，前提是具备完整的船体以及与管系相关的主要设备。首先，运用Tribon软件中的相应模块对机舱部分的船体进行建模。其次，對机舱中的主要设备进行建模，运用Tribon软件中的Drafting模块，根据设备厂家提供的技术参数，对设备进行建模。最后在按照机舱设备布置图，在船体中调用，并放置完成。在以上工序完成后，开始进行风管的建模。根据详细设计的风管原理图，使用Tribon中的风管建模模块进行风管的放样。发电机组上方出风管的三维模型。在模型建立完成后，由Tribon软件自动生成管子制作图，出图后交付现场生产部门进行施工
结语：
研究表明，通风系统是保证舰船舱室环境空气质量的重要设备之一，在进行船舶舱室通风系统设计建造及改进时，需要开展舱室通风效能的研究。在循环风量一定的情况下，应充分优化管网结构及送回风口的布置，避免出现机械通风送排风口短路现象，达到尽量提高通风系统的有效通风量的目的。
参考文献：
[1]陆洋，李建荣，茅陈松.基于CFD的某船货舱通风环境分析方法研究[J].舰船科学技术，2015.
[2]于学兴，孙廷培.船舶机舱通风系统的设计[J].世界海运，2002.
关键词：船舶机舱；通风管道；设计；优化
1通风形式的比较
1.1全新风系统
全新风系统设计是采用风机将舱内污浊空气排出至舱外，将舱外的新鲜空气引至舱内。全新风系统由风机、风管和空气过滤器等组成。新风系统的空气过滤器，应具有清除原子、生物、化学污染物的能力。总风量的确定一要满足排出舱内热负荷，二要满足换气次数的要求。机舱内进风大于排风的设计为正压设计。对于有舱内进气要求的机舱，一般采用正压设计。无进气要求时，一般机舱采用负压设计，即排气量略大于进气量的设计。全新风系统设计由于大量新风进到舱内，在排出机舱内设备发热量的同时，可以保证舱室的新风量。但由于风量较大，需单独设置进、排风风机室，独立的进、排气围井通道，占用较多的总体资源。由于风量较高，风机噪声较高，风管内风速也较高，整个舱室内的通风噪声相应升高。由于机舱内发热设备较多，空间布置紧凑，采用风管送、排风时，容易造成机舱内空间布置特别紧张，局部区域风管无法送至，造成局部温度过高。部分水面船舶设计中，未设置进、排风管，仅设置了进、排风室，风机将外界空气吸入至机舱顶部某一个部位，而机舱另一端设置排风风机将舱内热空气排出；此种设计很难保证机舱内布风及温度的均匀性。
1.2循环冷却加新风系统
由于海水的比热容比空气大，利用海水将舱室内发热量带走的方式必然可以减少舱室通风量，从而降低舱室风管大小及降低风速，减少噪声。某型船上，采用了两套循环冷却通风装置，同时采用风机进行机械通风处理；由于海水的温度常年在20℃左右，而外界环境温度则波动较大，一般在外界达到35℃左右时，海水还能保持在25℃左右，因此这种方式可大大降低机舱内的温度。采用这种方式，外界新风虽然较全新风设计有所减少，但换气次数仍应保证15次/h左右，以满足人员对新鲜空气的需求的同时，仍可保持舱内的污浊物浓度控制在一定的范围内。由于有闭式循环冷却，在外界新风切断的情况下，仍可保持舱内温度最高温度不超过50℃左右。此种形式的设计有利于在需要保持密闭的情况时进行对外关闭。
1.3射流通风
空气射流通风技术是一种高效率的通风技术，其技术原理是通过系统管路上设置的空气喷嘴喷射出高速气流，诱导和驱动其周围的空气向前运动，引导热量随着空气推向排风部位，从而达到通风换气的目的。其理论来自动量守恒定律和流体力学中射流的扰动特性，它以高速喷出的少量气体有效地诱导及搅拌周围静止的大量空气，并带动这些空气至特定的目标方向。空气射流通风系统的空气喷流属于等温自由紊流圆射流形式，其主要由螺旋风管系统、空气射流喷嘴和高压离心风机等组成。螺旋风管系统由小口径圆形高速螺旋风管及相应的联接附件组成。空气射流喷嘴为圆锥形，可以装配在固定位置，也可灵活地布置于金属管段上，通过喷嘴自身带有的挠性管段和调风门，可以自由灵活地根据系统设计要求在现场调整喷嘴射流的方向及流量大小，组织空气流场，避免出现气流组织不均匀、通风死角的产生。高压离心风机则为整个空气射流通风系统提供足够的压力，以保证空气射流从喷嘴高速射出。利用空气本身来控制空气分布的系统，通过与主送风系统的配合使用，达到舱室通风换气的目的。因此，采用空气射流通风技术后的机舱通风系统将由两部分组成，即机舱主送风系统和空气射流通风系统。根据系统的使用功能，虽然空气射流通风系统不可完全取代机舱通风系统，但它可取代常规机舱通风系统中庞大而复杂的矩形风管，充分利用其系统空间尺寸小、构成简单、布置灵活和通风效率高的特点，在为动力等其他管路及主干电缆的布置让出机舱内宝贵的上部空间的同时，达到机舱良好通风的效果。射流通风系统的设计主要在于布风形式上，其原理是通过射流喷咀本身的特性，射出高速气流，诱导和驱动其周围的空气向前运动；并通过喷咀的布置及方向，对舱内气流进行组织，从而确保机舱内的温度分布均匀及良好的通风效果。射流喷嘴出口流速可高达40m/s。理论上，1倍的空气可诱导带动10倍以上的空气流动，因此射流通风可大大减少舱内的风管大小。同时，由于系统末端的射流风管较小，喷嘴可调，因而大大增加了布置的灵活性，使得舱室内很少出现通风死角。
空气射流通风技术的机舱通风的优点：①将空气输送到常规通风系统很难送到的处所；易于安装，管路系统结构简单，系统泄漏可能性小，查补容易；②更为有效地均衡温度和空气分布上的差异；当机舱主送、排风机停止运行时，该系统仍可以保证机舱内产生均匀的空气流动；③由于空气射流通风系统采用的风机为高静压风机，使得机舱通风系统配装冷却或加热盘管成为可能，从而可以达到控制调节机舱环境温度的目的，有着很强的功能拓展性。
2优化设计
要建立合理、美观、精确的风管模型，必须选用合适的三维建模软件，本文所述的实例中选用的是目前国内船舶设计部门广泛使用的Tribon建模软件。Tribon系统可分为船体设计、舾装设计、系统管理及维护三部分。与其他船舶CAD软件相比，具有优点：有可共享的数据库，Tribon软件的各个子系统都可以共享和调用数据库中任何信息，从而使整个船舶生产设计过程可以同步进行，比如船体与舾装可以边建模边检查是否存在干涉碰撞，避免了返工；集详细设计与生产设计于一体，是设计内容最全面的系统之一；建模完成后可以提供不同部件的重量信息，以及自动生成管子制作图，方便生产需要。
2.1建模前期准备工作
建模前的准备工作主要体现在对附件库的数据完善。Tribon系统的附件库采用的是单一数据库，对于不同的项目，相同的附件只需要建立一次即可反复使用，因此建模初期的建库工作量相对较大，一旦完成，后续工作的时间将大大减小。
2.2风管建模
风管属于船舶管系，对于管系的建模，前提是具备完整的船体以及与管系相关的主要设备。首先，运用Tribon软件中的相应模块对机舱部分的船体进行建模。其次，對机舱中的主要设备进行建模，运用Tribon软件中的Drafting模块，根据设备厂家提供的技术参数，对设备进行建模。最后在按照机舱设备布置图，在船体中调用，并放置完成。在以上工序完成后，开始进行风管的建模。根据详细设计的风管原理图，使用Tribon中的风管建模模块进行风管的放样。发电机组上方出风管的三维模型。在模型建立完成后，由Tribon软件自动生成管子制作图，出图后交付现场生产部门进行施工
结语：
研究表明，通风系统是保证舰船舱室环境空气质量的重要设备之一，在进行船舶舱室通风系统设计建造及改进时，需要开展舱室通风效能的研究。在循环风量一定的情况下，应充分优化管网结构及送回风口的布置，避免出现机械通风送排风口短路现象，达到尽量提高通风系统的有效通风量的目的。
参考文献：
[1]陆洋，李建荣，茅陈松.基于CFD的某船货舱通风环境分析方法研究[J].舰船科学技术，2015.
[2]于学兴，孙廷培.船舶机舱通风系统的设计[J].世界海运，2002.