基于海船姿態(tài)和航行環(huán)境的主機(jī)能效建模與優(yōu)化.pdf

1、分類號(hào) 密 級(jí)UDC 學(xué)校代碼 10497學(xué) 位 論 文題 目 基于海船姿態(tài)和航行環(huán)境的主機(jī)能效建模與優(yōu)化英 文 Establishment and Optimization of the Energy Efficiency題 目 Model of Marine Main Engine based on NavigationalAttitude and Environment研究生姓名 趙光普姓名 尹奇志 職稱 副教授 學(xué)位 博士單位名

2、稱 能源與動(dòng)力工程學(xué)院 郵編 430063申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 碩 士 學(xué)科專業(yè)名稱 輪機(jī)工程論文提交日期 論文答辯日期學(xué)位授予單位 武漢理工大學(xué) 學(xué)位授予日期答辯委員會(huì)主席 評(píng)閱人2017 年3 月指導(dǎo)教師武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文I摘 要近年來(lái)，隨著全球氣候逐漸變暖，國(guó)際社會(huì)對(duì)于以 CO2 為主的溫室氣體排放問(wèn)題越來(lái)越重視。航運(yùn)業(yè)作為 CO2 氣體的排放大戶，正承受著越來(lái)越大的壓力。船舶 CO2 排放是航運(yùn)業(yè) CO2 排放的主要來(lái)源，船舶油耗

3、與船舶 CO2 排放有著正向關(guān)系，因此，建立海船姿態(tài)及航行環(huán)境與主機(jī)油耗之間的能效模型對(duì)于指導(dǎo)船舶航行、降低船舶油耗，以及減少 CO2 排放具有十分重要的意義。以一艘沿海航線 53 000 t 散貨船為研究對(duì)象，在計(jì)算船舶靜水阻力和航行環(huán)境增阻的基礎(chǔ)上，基于船-機(jī)-槳匹配建立了船舶能效仿真模型，并對(duì)模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證；研究了航行環(huán)境對(duì)船舶能效的影響，并對(duì)船舶縱傾角、轉(zhuǎn)速等進(jìn)行了優(yōu)化，以提升船舶能效水平。論文的主要研究工作如下：（1）

4、 研究了船舶能效數(shù)據(jù)清洗方法。 對(duì)船舶能效數(shù)據(jù)進(jìn)行了故障特征分析；在故障特征基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了離線能效數(shù)據(jù)清洗流程與實(shí)時(shí)能效數(shù)據(jù)清洗流程；依據(jù)流程圖運(yùn)用 VB.NET 軟件編制了離線能效數(shù)據(jù)清洗軟件和實(shí)時(shí)能效數(shù)據(jù)清洗軟件；對(duì)實(shí)時(shí)采集的能效數(shù)據(jù)進(jìn)行了清洗，并對(duì)清洗后的效果進(jìn)行了評(píng)估。從而為后續(xù)建立的能效模型的有效性驗(yàn)證提供數(shù)據(jù)支撐。（2）建立了航行環(huán)境以及航行姿態(tài)與主機(jī)油耗之間的能效模型。通過(guò) CFD軟件計(jì)算、三因次阻力實(shí)船-船模換算法獲得了船

5、舶靜水阻力曲線；依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算了風(fēng)、浪、水流速度、淺水產(chǎn)生的航行環(huán)境附加阻力；在計(jì)算上述阻力的基礎(chǔ)上，利用船-機(jī)-槳匹配原理建立了船舶能效模型；利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，并分析了水流速度、風(fēng)浪、水深等航行環(huán)境因素對(duì)船舶能效的影響情況。研究結(jié)果顯示：所建立的對(duì)水航速模型預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值最大誤差為 6.88%， 平均誤差為 3.97%； 主機(jī)功率模型預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值最大誤差為 8.68%，平均誤差為 4.94%； 表明所建立船舶能效

6、模型可以為該船舶航行過(guò)程的能效預(yù)測(cè)和能效分析提供技術(shù)支持。（3）對(duì)海船能效提升技術(shù)進(jìn)行了研究。在船舶裝載量一定的情況下，以滿足規(guī)范以及船舶安全航行為前提，運(yùn)用建立的船舶主機(jī)能效仿真模型，求解不同海況、不同轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)百海里油耗最低的最優(yōu)縱傾角，并對(duì)特定海況下，船舶以特定縱傾航行時(shí)，不同轉(zhuǎn)速下的油耗水平進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明：不同的海況下，對(duì)應(yīng)于不同主機(jī)轉(zhuǎn)速，適當(dāng)?shù)拇笆變A和尾傾狀態(tài)可以降低百海里油耗值， 過(guò)度首傾、 尾傾導(dǎo)致百海里油耗值