艦船傳統冷卻系統存在的問題

冷卻系統是艦船上最重要的船舶系統之一，它對保證動力裝置及其它主要輔機的工作安全具有重要意義。現在的大多數艦船採用的是中央冷卻系統（一種形式），因此，對於中央冷卻系統的外循環海水管路來說，其一般是艦船上流量和通徑最大的通海管路。為此，中央冷卻系統的水力特性對艦船的航行安全和輻射噪聲（主要是軍艦）具有重大影響。

中央冷卻系統

傳統設計中，中央冷卻系統的外循環冷卻水由主海水泵（組）提供，艦船在不同速度航行時，泵的總流量基本不變。此時，如果艦船正處在低速航行時，泵提供的流量將遠遠大於系統需求，從而降低了整個冷卻系統的經濟性和艦船的安靜性。

主海水泵（組）

艦船自流式冷卻系統的意義

基於對艦船傳統冷卻系統存在問題的改進，一種新思路的冷卻系統應運而生，它就是自流式冷卻系統。現階段而言，自流式冷卻系統已被廣泛應用在先進的艦船上。自流式冷卻系統就是利用艦船航行時迎流的動壓頭為中央冷卻系統提供驅動力，可在較寬的航速區間內取代傳統的大功率主海水泵（組）為系統提供冷卻海水。當達到了自流航速範圍內主海水泵（組）停運，這樣系統的經濟性得到提高；中央冷卻系統冷卻水流量隨航行速度降低而減小，艦船安靜性在低航速時也得到了極大的改善。因此，自流式中央冷卻系統可降低系統泵配置數量及運行功率，全面提升系統的安全性和可靠性，以及改善變工況運行匹配等綜合性能。

軍艦往外排的是冷卻水

艦船自流式冷卻系統的引水裝置

自流式冷卻系統能實現自流，就是依靠它的引水裝置。引水裝置的吸入口突出於船體之外，並迎向艦船航行方向，將來流動能轉化為系統內冷卻水（海水）的驅動能，實現冷卻系統的自發流動。但是為了提高自流揚程，其吸入口一般垂直於來流；同時為了避開邊界層的影響，又不得不把引水裝置的吸水口位置設計的更加突出，所以引水裝置會產生較大的附加阻力。引水裝置的附加阻力可以分解為導流體和吸入口引起的附加阻力。其中，導流體為流線型，阻力較小；吸入口為垂直於來流的管口，是引水裝置的主要阻力來源。因此，如何設計出附加阻力小，且壓頭大的引水裝置，引水裝置的外型結構設計顯得尤為突出。

艦船自流式冷卻系統的引水裝置

邊界層對自流式冷卻系統入水口位置的影響：

艦船運動時，由於流體的粘性作用，在船體附近存在湍流邊界層，艇體邊界層可以近似為平板湍流邊界層，在邊界層內，流體流速低於艇航速，動壓較小。平板邊界層厚度以內的流體流速明顯低於邊界層厚度外的流體流速，由於系統冷卻水入口靜壓與入口流速的平方正相關，如果引水裝置高度小於邊界層厚度，較低的入口流速將導致引水裝置的自流揚程顯著降低。因此，引水裝置吸入口設計高度應位於艇體邊界層之外。

邊界層

總結

因為對於自流式冷卻系統來說，艦船的航速越大，吸水口的動壓頭越大，則自流效果越好；同時，隨著艦船的航速升高，流體邊界層厚度降低，則引水裝置的突出體越小，所以對於設計航速不快，且變工況少的貨船來說，其優勢並不明顯。但是對於軍艦這種航速較高，變工況多，且隱身（靜音）要求高的船舶來說，自流式冷卻系統的意義還是非常巨大的。