液体底部压力计算公式

坐在游轮甲板上欣赏夕阳的时候，你有没有注意过巨轮两侧那些源源不断向外喷水的孔洞？

这些小喷口就像是海上巨无霸的汗腺，一路航行，一路流“汗”，这究竟是怎么回事？

其实这些“漏洞”，不仅没有危害，反而发挥着多种重要功能，是轮船设计中不可或缺的一部分。

它们主要用于排出两种水——压载水和冷却水。

一、海浪中的稳定“砝码”

所谓压载水，是指在轮船各舱室为空载或者载重较轻时，为了增大船体的稳定性而特意注入的水。

受制于巨轮庞大的体型，若不注意载重分布和重心控制，稍不留神就会在狂奔中翻个底朝天；因此，适量的压载水就成了一种保持稳定性的“无形砝码”。

那么，压载水的工作原理到底是什么呢？要知道，轮船的稳定性是由多个参数决定的，比如横摇周期、重心高度、初稳性横摇角等。

这些名词听起来非常高大上，其实就是判断一艘船是否容易被风浪推倒的几个关键指标。

当这些参数值过高或过低时，都会导致轮船在风浪中的摇晃幅度过大，严重影响行进安全性。

通过精确的计算公式，轮船操作人员可以确定在不同载重和作业条件下所需的压载水量。

比如满载集装箱的轮船压载水量大约是船体排水量的17%，而对于油轮等液体运输船来说，这个比例则可能高达30%左右。

然后，借助船身内部错综复杂的管网系统，从海底阀门汲取海水注入专门的压载水舱。

如果风浪太猛，压载水多一些；如果航行平稳，也可以适当排出一部分。

经验丰富的船长可以灵活调节，让巨轮始终保持最佳运动状态。

所以说，压载水对于海上巨轮的重要性不言而喻。

它就像轮胎上的高浮力气囊，能保护司机在意外情况下免受更严重伤害。

如果没有压载水这层安全气囊的保护，巨浪对船体的伤害可能要严重得多。

只不过，这位“保姆”偶尔也会惹是生非，成为外来生物入侵的帮凶。

外来生物是怎么混上巨轮的？就是靠压载水这个“免费船票”。

虽然航海公司会对压载水进行处理，但仍有极个别顽强的外来微生物侥幸躲过检查，搭上了去往新大陆的免费游轮——上个世纪，中国的脉红螺就是这样通过轮船压载水，从亚洲一路蹦跶到了美洲和欧洲。

于是，本该借机出国打工挣外快的脉红螺，反而成了不受欢迎的非法“海外劳工”，到处惹是生非危害当地渔业，最后不得不重操旧业回国卖贝壳赚辛苦钱。

事实上，脉红螺只是众多外来入侵生物中的一种。

近年来，随着全球贸易联系和旅游业快速增长，轮船压载水成为外来生物“搭便车”扩散的重要途径之一。

这些外来生物进入新生态系统后，很容易没有天敌，快速繁殖扩张，成为新的入侵物种。

比如20世纪80年代，大量缅甸薄壳蚬就乘坐商业轮船的压载水，从原产地转移到了美国西海岸。

这种贝类对当地的贻贝和牡蛎造成了巨大的生存压力，严重影响了美国部分地区的渔业经济。

逃脱而出的外来生物，就是一次难以控制的“生物战争”。

为了遏制外来生物入侵扩散，国际海事组织于2004年制定了专门的压载水管理公约。

该公约要求，所有进入外国港口的轮船，都必须在起航前对压载水进行彻底处理，确保其中不存在任何活生物，然后才能合法排放。

这项要求于2017年正式生效实施。

一些重点港口还建立了大型的压载水接收处理系统，强制要求停靠轮船必须将压载水全部抽走并进行消毒，方可起航，从源头切断生物传播链。

这种系统使用浓度极高的臭氧气体，可有效杀灭包括病毒在内的各类微生物。

新加坡环球港的压载水中心日处理能力达3000吨，配置有巨型储存罐和自动化臭氧消毒系统，确保绝对安全。

该中心主任表示，系统运行5年来，已经为超过6000艘次货轮和油轮提供压载水接收和处理服务，有效保护了新加坡生态环境的完整性。

而对于避免外来生物入侵，最根本的办法还是在轮船压载水系统中设置过滤和消毒装置。

这类设备会在船舶起航前自动启动，使用超细密度滤网，结合强效氧化剂如漂白粉溶液，可有效去除99.99%的异种生命体，实现压载水的高效净化。

这就像给水龙头装上精密过滤器，让你喝上放心水。

当然，完全杜绝任何微小入侵物种的可能性还存在很大难度，但随着检测和处理技术的不断进步，我们已经能很好控制这类风险。

况且，现代轮船的设计和操作也更加科学化，压载水的利用效率大大提高，排放量比以前减少了90%以上。

所以作为旅客的我们，完全不必担心巨轮上那些源源不断向外排放的压载水。

它们里面100%没有脉红螺这类的非法偷渡客，更不会突然蹦出个哥斯拉爬上甲板。

只要坐在甲板上欣赏夕阳，让海风吹走一天的疲惫，就是最好的享受。

二、发动机的“导热神器”

那么除了压载水，巨轮身上那些不停流水的“汗腺”，还有什么其他用途呢？这就要说到轮船冷却水系统的神奇设计了。

要知道，驱动数万吨排水量的巨轮，可不是电动车路过给你个推就可以让它起步的。

轮船需要强大的发动机提供动力，而发动机在高强度、长时间运转过程中，必然会产生大量的热量。

比如世界上最先进的郑和轮巨型货轮，它那9台12，000马力的柴油机组一起运转，热量之大，简直可以直接烤一头牛。

要是不及时散热，整艘船迟早会被自己的“体温”给融化。

更严重的是，发动机过热还会引起爆炸等严重事故。

所以，设计师们为巨轮配备了一套完善的冷却水系统，通过源源不断的水流帮助散热，降低温度。

它就像一台超级计算机，通过复杂的管道系统确保各关键部件温度适宜，否则整艘船就可能突然陷入瘫痪，后果不堪设想。

常见的轮船冷却系统可以分为三类：

开放式冷却水系统，直接利用海水作为冷却介质。

这相当于直接用手里的矿泉水瓶贴在发热的手机壳上降温——最直接有效。

其结构简单，海水从底部水泵进入，流经发动机冷却水套后直接排出。

不过长期海水浸泡也会腐蚀发动机零部件。

闭式冷却系统则使用淡水或专用油液循环流动，中间绝不与海水接触，以避免腐蚀问题。

这就像给手机套上塑料防护壳再散热，多一重保护，当然热交换效率会低点。

此类系统使用淡水或低毒性液体作为工作流体，在管道和热交换器内循环流动带走热量。

因此很多大型轮船会选用第三种：中央冷却系统，既避免直接腐蚀，又通过辅助回路确保足够的散热效率。

这相当于高端游戏本，不仅机身和零部件都包覆隔热和防水材料，还配备独立的大型散热器，无论多“高负荷”都不会出现任何卡顿。

中央系统包含内外两个回路，内部使用淡水或低毒液体，由主循环泵驱动循环流动；外部回路则利用透平式海水泵抽入大量海水，接收从内回路传出的热量后排出。

两个系统通过巨型铜钢板式热交换器严格分离。

这就像煤矿里的安全氧气系统，外部空气无法进入，但热量可以快速散出。

要知道，大型邮轮或油轮的主发动机功率可以高达108兆瓦，相当于10万辆小汽车的总和！全速运转时的耗能难以想象。

仅世界第一大型游轮“海洋辉煌号”的3台柴油机，就需要每小时3000吨海水帮助冷却，数千条管道，数百个阀门和泵不停运作，才能确保系统安全。

一旦这些“管道”发生故障，后果不堪设想。

历史上就曾发生过多起因冷却系统失灵导致轮船严重事故的案例。

20世纪60年代，一艘散货船的冷却水泵突然停转，仅2小时之内，主机温度就从正常工作的270华氏度猛增到700°C，最终发生爆炸起火，仅20分钟整艘船就沉入大西洋。

为避免腐蚀和生垢积累对管道系统的破坏，轮船厂家也在冷却水中加入了各类抑制剂和清洗剂。

这些助剂材料经过严格审核，确保对海洋环境无重大影响后才获批使用。

有的公司还使用先进的氧化还原电位控制系统，通过电解自动生成的活性物质清除垢层。

所以说这些看似无关痛痒的小“漏洞”，其实都是大功臣。

它们工作起来就像巨轮心脏再造外科的优秀护士团队，不停为“输送”海水“扩管道”，确保动力系统安全平稳。

没有了这些小小的设计和流程，我们的海上之旅就不会那么完美。

三、其他环境影响

除了压载水和冷却水，这些小孔洞还会排放生活污水、清洗水、消防水等，这些也会对环境带来一定影响。

不过国际海事组织早已颁布了严格规定，船舶所有废水排放前必须达到严格的处理标准。

所以作为游轮上的尊贵乘客，请千万不要担心日夜不停流向外的这些水会带来污染。

相反，正是有了这套完整的循坏利用系统，巨轮才能平稳高效、绿色环保地运转，带我们在蔚蓝海面上尽情放松身心。

当你再次看到船身两侧的小水柱时，不妨在心里默念一句：“辛苦啦！”。

是它们让我们的海上之旅精彩而又安全，感谢背后默默付出的每一个设计师、工程师和海员！

参考资料

水上物流网，船舶艉轴管冷却水(船用发动机冷却系统图解)，2022-10-13

唐议, 苏舒.防控船舶压载水造成的生物入侵的管理问题[J]. 上海海洋大学学报, 2015, 24(1):130-137.

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