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内河混合动力散货船设计能效优化与评估方法研究
| 论文题名： | 内河混合动力散货船设计能效优化与评估方法研究 |
| 关键词： | 混合动力散货船;需求功率;全生命周期;能效优化;评估体系 |
| 摘要： | 随着排放控制与设计能效的要求的日益严格，内河船舶动力开始向低碳化、电动化、多元化方向发展。混合动力系统能有效利用两种或多种动力能源的优势，具有更宽的功率适应范围，能适应复杂变化的内河通航环境，且有高效率、低排放的优势，是内河船舶动力系统的主要发展趋势。船舶混合动力系统作为新型的动力系统型式，在设计开发阶段，开展船舶设计能效优化和运行模式优化研究，有助于开发高效、绿色、安全、经济的船舶动力系统。 文中以一艘内河7500t混合动力散货船为研究对象，分析了混合动力系统架构、工作模式和能量流特性，研究了混合动力船舶EEDI的计算方法，建立了船舶混合动力系统需求功率预测模型，提出了混合动力船舶运行模式优化算法，开展了船舶全生命周期排放和成本评估。具体研究工作如下： 1）基于目标船舶混合动力系统架构、工作模式特性，开展动力系统能量流和船舶航速特性分析；构建适用于混合动力船舶的EEDI计算方法，开展目标船舶设计能效水平评估。 2）开展船舶船机桨机理分析，基于数值仿真和水池实验构建静水阻力模型，并采用二因次公式法建立通航环境阻力模型；开展动力系统能耗排放特性分析，采用MATLAB/Simulink软件构建考虑通航环境影响的船舶需求功率预测仿真模型，并开展特性仿真，分析通航环境对船舶需求功率的影响。 3）考虑内河通航环境影响，提出了面向混合动力船舶运行模式优化的方法。采用需求功率预测仿真模型，模拟各工况下的船舶需求功率特性。基于多工况下的需求功率仿真结果，以船舶航速、流速、水深及风速构建需求功率预测数据集，提出了基于PSO-SVM算法的目标船舶需求功率预测模型。在此基础上，以排放最低为优化目标，采用粒子群算法构建目标船舶混合动力系统运行模式优化算法，为船舶混合动力系统运行模式优化提供决策建议。 4）建立船舶混合动力系统全生命周期排放和成本评估框架，分别评估了船舶动力系统全生命周期排放和成本。为验证船舶全生命周期评估结果的可靠性，采用了基于数据质量评估-蒙特卡洛仿真的不确定分析方法，分析了输入参数的不确定性对评价结果的影响。 |
| 作者： | 王骏腾 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 范爱龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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