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原文传递某大型邮轮辅助蒸汽系统仿真与优化研究

论文题名：	某大型邮轮辅助蒸汽系统仿真与优化研究
关键词：	大型邮轮;辅助蒸汽系统;管径优化;仿真分析
摘要：	大型豪华邮轮的设计及建造技术是我国亟须发展的技术。辅助蒸汽系统作为大型豪华邮轮的重要系统之一，具有比普通船舶蒸汽系统运行工况更为复杂、用汽设备种类更多、用汽量更大等特点，若设计不合理，将影响到邮轮的经济性、舒适性和安全性。设计过程中，如果通过传统实验的方式对设计方案进行论证会大大提高设计成本，而通过仿真对邮轮辅助蒸汽系统进行分析论证，不仅可以节约设计成本，还能优化设计方案。目前国内外针对大型豪华邮轮辅助蒸汽系统仿真的研究很少。因此，进行某大型豪华邮轮辅助蒸汽系统仿真计算和优化设计研究，对于降低该邮轮的设计成本，提高该邮轮辅助蒸汽系统的设计水平具有重要意义。　　本文以某大型豪华邮轮辅助蒸汽系统为研究对象，开展了该大型豪华邮轮辅助蒸汽系统的建模仿真及优化方面的研究，论文主要工作如下：　　（1）构建了对象邮轮辅助蒸汽系统的仿真模型。首先，对对象邮轮辅助蒸汽系统的工作特点和仿真需求进行了分析，在此基础上对当前市场上主流的一维流体仿真软件进行了分析和比选，最终选用Flowmaster流体仿真软件作为大型豪华邮轮蒸汽系统的仿真软件；然后对Flowmaster仿真软件中辅助蒸汽系统所涉及的元件进行了计算准确度验证；并针对燃油锅炉、废气锅炉以及汽包等元件进行了自定义复合元件开发；最后根据对象邮轮辅助蒸汽系统的设计图纸搭建了该邮轮辅助蒸汽系统的仿真模型。研究结果表明：①Flowmaster仿真软件与大型豪华邮轮辅助蒸汽系统相关的元件中，除了汽轮机计算误差最大为2.8%，其余元件计算结果的误差皆小于1%，说明Flowmaster仿真软件中所涉及辅助蒸汽系统相关元件的仿真计算较为准确；②在建立汽包自定义复合元件的过程中，选用R-K方程式进行汽包压力计算的仿真结果与选用范德瓦尔方程式计算的仿真结果相比误差更小。　　（2）运用Flowmaster软件对对象邮轮辅助蒸汽系统进行仿真计算并进行了分析。首先，对仿真计算的过程中部分参数设置规律进行了总结，然后对邮轮辅助蒸汽系统的仿真结果进行分析。研究结果表明：①在计算结果收敛的情况下，通常收敛容限准则权重因子（Convergence Tolerance Criteria Weighting factor）越大，计算结果越准确，但该因子应保持在一定范围内，如果该因子过大，模型易出现不收敛的情况；②Flowmaster软件在计算过程中，应选择仿真对象系统对应的蒸汽物性参数范围进行计算，以缩减软件计算量，减少计算时间；③对象邮轮辅助蒸汽系统运行情况良好，蒸汽从汽包输送到用汽设备时压力损失较小，蒸汽干度较高；环网内蒸汽并未出现柱状流，不会引发水锤；发电机组的发电功率突变和住舱生活水热水换热器用汽量突变对系统造成的压力波动都较小。　　（3）进行了对象邮轮辅助蒸汽系统管径优化研究。通过将船艉蒸汽环网管径在原设计的基础上减小一个尺寸规格，该蒸汽系统的蒸汽干度和蒸汽品质（比?）得到有效提升。蒸汽环网船艉蒸汽管路蒸汽平均干度由0.955提升为0.976，全船冷凝水量减少了9.18%，降低了水锤发生的可能性。同时，每天节省燃油的消耗37.5kg，减少管路所占舱容，降低船艉蒸汽环网管道管材成本29%。
作者：	白朝旭
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：	2021