海洋机器人进气集水箱仿真分析与试验.pdf

海洋机器人在执行深海探索和监测任务时，其动力系统的设计至关重要。油电混合动力海洋机器人的动力源选择包括电池、燃料电池、热动力装置和核动力装置，其中柴油机因其高效能转换特性被视为有潜力的动力源。然而，在高海况环境下，进排气系统的稳定性和可靠性面临挑战。本文主要探讨了一种特定的海洋机器人进气集水箱的设计问题及其解决方案。 进气集水箱在海洋机器人中起着关键作用，它通过重力沉降原理分离意外进入的海水，防止水分进入发动机导致损坏。但在实际操作中，由于热机功率提升，进气集水箱内的积水可能会受到高速气流的影响，引发积水喷溅，进而导致舱内电气设备短路。这个问题涉及到气液两相流动的复杂物理现象，需要通过科学的仿真分析来解决。 CFX是一款强大的流体动力学软件，常用于多相流的模拟。研究人员利用该软件对原始进气集水箱的气液两相流进行了数值模拟，发现积水喷溅是由箱体结构不合理导致的，高速气流扰动了积水，使其被气流夹带而产生喷溅。为解决这一问题，设计了新的进气集水箱，采用折流式结构，实现了气液流场的隔离，有效地避免了高速气流对积水的扰动。 新的进气集水箱设计通过Euler-Euler气液两相流模型进一步进行了数值模拟，结果显示水气分离效率高达99.94%，显著提高了集水箱的性能。这种高效的设计不仅解决了积水喷溅的问题，还确保了水气分离的效率，满足了预期的效果。 为了验证仿真结果的准确性，进行了实际试验。试验结果与数值模拟一致，证明了采用CFD仿真模型在设计改进进气集水箱方面是可靠且有效的。这一研究对于提升海洋机器人的环境适应性和工作可靠性具有重要意义，也为类似问题的解决提供了参考。 本文深入探讨了海洋机器人进气集水箱在高海况下的工作挑战，通过对原始进气集水箱的仿真分析，找出了积水喷溅的原因，并通过创新设计和数值模拟验证了新设计的优越性。这不仅是对现有海洋机器人技术的一次重要改进，也为未来类似工程问题的解决提供了理论依据和实践经验。同时，该研究也体现了机器学习和深度学习在解决复杂工程问题中的潜在应用，例如，通过学习优化算法来自动调整和优化集水箱的设计参数。