大型船舶降速航行主機(jī)性能優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著全球能源緊缺和日趨嚴(yán)格的溫室氣體排放法規(guī)，船舶節(jié)能技術(shù)得到了世界航運(yùn)業(yè)的重視，其中，船舶降速航行策略作為直接降低航行成本的有效措施被各大航運(yùn)公司所采用?；诓裼蜋C(jī)仿真模型開(kāi)展船舶柴油機(jī)在降速航行時(shí)的特性研究，揭示渦輪增壓器切斷對(duì)于柴油機(jī)性能的影響，對(duì)于指導(dǎo)船舶低負(fù)荷運(yùn)行具有重要意義。
　　本文以MAN B&W公司設(shè)計(jì)的大型船用二沖程柴油機(jī)7K98MC為研究對(duì)象，圍繞作為柴油機(jī)特性分析基礎(chǔ)的柴油機(jī)建模方法，柴油機(jī)在低負(fù)荷下的工作

2、特性，渦輪增壓器切斷和輔助鼓風(fēng)機(jī)啟停對(duì)柴油機(jī)性能的影響，船舶柴油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)低負(fù)荷下的瞬態(tài)特性等具體問(wèn)題開(kāi)展了建模與仿真研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）基于模塊化建模的思想，對(duì)目標(biāo)柴油機(jī)建立了容積法模型，模型涵蓋了氣缸、掃氣箱、排氣管、渦輪增壓器（壓氣機(jī)和渦輪）、空冷器、輔助鼓風(fēng)機(jī)、調(diào)速器等主要部件的模型。在渦輪增壓器壓氣機(jī)特性的建模中，提出了分區(qū)域的無(wú)量綱系數(shù)擬合法，并采用修正后的相似性定律分析比較了分區(qū)域無(wú)量綱系數(shù)擬合法與B

3、P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的優(yōu)劣。最后，通過(guò)與柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，驗(yàn)證了船舶柴油機(jī)容積法模型的有效性與精度。
　?。?）基于容積法模型，深入分析了柴油機(jī)在低負(fù)荷下的工作特性，研究了輔助鼓風(fēng)機(jī)啟停和渦輪增壓器切斷對(duì)于柴油機(jī)低負(fù)荷性能的影響，并探索了切斷兩臺(tái)渦輪增壓器的可能，結(jié)果表明渦輪增壓器的切斷和輔助鼓風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟對(duì)于柴油機(jī)燃油消耗率的改善具有積極意義。在較低負(fù)荷下，切斷第二臺(tái)渦輪增壓器可以降低輔助鼓風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)條件，然而在極低負(fù)荷下，切斷

4、第二臺(tái)渦輪增壓器的同時(shí)輔助鼓風(fēng)機(jī)必需開(kāi)啟?？紤]輔助鼓風(fēng)機(jī)和渦輪增壓器切斷對(duì)于柴油機(jī)各負(fù)荷下燃油消耗率的影響，提出了柴油機(jī)系統(tǒng)在低負(fù)荷區(qū)域的最佳運(yùn)行策略?；谕吞?hào)船舶在2012年的實(shí)船數(shù)據(jù)，計(jì)算了本文所提出的柴油機(jī)系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行策略所能帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境影響。
　?。?）建立了目標(biāo)柴油機(jī)的平均值模型，并基于容積法模型，總結(jié)了噴油時(shí)刻與渦輪截面積變化和柴油機(jī)排氣中燃油化學(xué)能量比例及燃油消耗率改變量之間的關(guān)系，通過(guò)將相關(guān)變量之間的關(guān)

5、系正確反映到平均值模型當(dāng)中，得到了改進(jìn)的平均值模型。以柴油機(jī)在噴油時(shí)刻及渦輪截面積同時(shí)改變后的容積法模型仿真數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了同樣條件改變下的改進(jìn)的平均值模型的有效性和精度，結(jié)果表明經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的平均值模型能夠用于裝備有可變截面渦輪增壓器的柴油機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。將經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的改進(jìn)的平均值模型用于柴油機(jī)低負(fù)荷瞬態(tài)特性的研究，分析了在輔助鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)、關(guān)，以及一臺(tái)渦輪增壓器切斷時(shí)柴油機(jī)的瞬態(tài)性能和壓氣機(jī)軌跡圖的變化，表明在柴油機(jī)加速過(guò)程中，輔助鼓風(fēng)機(jī)關(guān)閉會(huì)