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原文传递基于海船姿态和航行环境的主机能效建模与优化

论文题名：	基于海船姿态和航行环境的主机能效建模与优化
关键词：	海船;主机能效;航行环境;航行姿态;模型构建
摘要：	近年来，随着全球气候逐渐变暖，国际社会对于以CO2为主的温室气体排放问题越来越重视。航运业作为CO2气体的排放大户，正承受着越来越大的压力。船舶CO2排放是航运业CO2排放的主要来源，船舶油耗与船舶CO2排放有着正向关系，因此，建立海船姿态及航行环境与主机油耗之间的能效模型对于指导船舶航行、降低船舶油耗，以及减少CO2排放具有十分重要的意义。　　以一艘沿海航线53000 t散货船为研究对象，在计算船舶静水阻力和航行环境增阻的基础上，基于船-机-桨匹配建立了船舶能效仿真模型，并对模型的有效性进行了验证；研究了航行环境对船舶能效的影响，并对船舶纵倾角、转速等进行了优化，以提升船舶能效水平。论文的主要研究工作如下：　　（1）研究了船舶能效数据清洗方法。对船舶能效数据进行了故障特征分析；在故障特征基础上设计了离线能效数据清洗流程与实时能效数据清洗流程；依据流程图运用VB.NET软件编制了离线能效数据清洗软件和实时能效数据清洗软件；对实时采集的能效数据进行了清洗，并对清洗后的效果进行了评估。从而为后续建立的能效模型的有效性验证提供数据支撑。　　（2）建立了航行环境以及航行姿态与主机油耗之间的能效模型。通过CFD软件计算、三因次阻力实船-船模换算法获得了船舶静水阻力曲线；依据经验公式计算了风、浪、水流速度、浅水产生的航行环境附加阻力；在计算上述阻力的基础上，利用船-机-桨匹配原理建立了船舶能效模型；利用实测数据对模型有效性进行了验证，并分析了水流速度、风浪、水深等航行环境因素对船舶能效的影响情况。研究结果显示：所建立的对水航速模型预报值与实测值最大误差为6.88%，平均误差为3.97%；主机功率模型预报值与实测值最大误差为8.68%，平均误差为4.94%；表明所建立船舶能效模型可以为该船舶航行过程的能效预测和能效分析提供技术支持。　　（3）对海船能效提升技术进行了研究。在船舶装载量一定的情况下，以满足规范以及船舶安全航行为前提，运用建立的船舶主机能效仿真模型，求解不同海况、不同转速下对应百海里油耗最低的最优纵倾角，并对特定海况下，船舶以特定纵倾航行时，不同转速下的油耗水平进行了分析。研究结果表明：不同的海况下，对应于不同主机转速，适当的船舶首倾和尾倾状态可以降低百海里油耗值，过度首倾、尾倾导致百海里油耗值增大，对于目标船舶，在尾倾0.6°时船舶百海里油耗达到最低，并且该值不随主机转速和航行环境变化而变化；当航行环境和纵倾状态发生变化时，船舶的百海里油耗最低值对应的转速会发生变化；相比于纵倾角，航行环境对转速值影响较大；随着海上风浪等级增大，对应的最佳主机转速值变大。
作者：	赵光普
专业：	轮机工程
导师：	尹奇志
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文