大型船舶降速航行主機性能優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著全球能源緊缺和日趨嚴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公司所采用。基于柴油機仿真模型開展船舶柴油機在降速航行時的特性研究，揭示渦輪增壓器切斷對于柴油機性能的影響，對于指導(dǎo)船舶低負荷運行具有重要意義。
　　本文以MAN B&W公司設(shè)計的大型船用二沖程柴油機7K98MC為研究對象，圍繞作為柴油機特性分析基礎(chǔ)的柴油機建模方法，柴油機在低負荷下的工作

2、特性，渦輪增壓器切斷和輔助鼓風(fēng)機啟停對柴油機性能的影響，船舶柴油機推進系統(tǒng)低負荷下的瞬態(tài)特性等具體問題開展了建模與仿真研究，主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）基于模塊化建模的思想，對目標(biāo)柴油機建立了容積法模型，模型涵蓋了氣缸、掃氣箱、排氣管、渦輪增壓器（壓氣機和渦輪）、空冷器、輔助鼓風(fēng)機、調(diào)速器等主要部件的模型。在渦輪增壓器壓氣機特性的建模中，提出了分區(qū)域的無量綱系數(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，通過與柴油機臺架試驗數(shù)據(jù)的對比，驗證了船舶柴油機容積法模型的有效性與精度。
　?。?）基于容積法模型，深入分析了柴油機在低負荷下的工作特性，研究了輔助鼓風(fēng)機啟停和渦輪增壓器切斷對于柴油機低負荷性能的影響，并探索了切斷兩臺渦輪增壓器的可能，結(jié)果表明渦輪增壓器的切斷和輔助鼓風(fēng)機的開啟對于柴油機燃油消耗率的改善具有積極意義。在較低負荷下，切斷第二臺渦輪增壓器可以降低輔助鼓風(fēng)機的啟動條件，然而在極低負荷下，切斷

4、第二臺渦輪增壓器的同時輔助鼓風(fēng)機必需開啟?？紤]輔助鼓風(fēng)機和渦輪增壓器切斷對于柴油機各負荷下燃油消耗率的影響，提出了柴油機系統(tǒng)在低負荷區(qū)域的最佳運行策略?；谕吞柎霸?012年的實船數(shù)據(jù)，計算了本文所提出的柴油機系統(tǒng)低負荷運行策略所能帶來的經(jīng)濟效益和環(huán)境影響。
　　（3）建立了目標(biāo)柴油機的平均值模型，并基于容積法模型，總結(jié)了噴油時刻與渦輪截面積變化和柴油機排氣中燃油化學(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，得到了改進的平均值模型。以柴油機在噴油時刻及渦輪截面積同時改變后的容積法模型仿真數(shù)據(jù)，驗證了同樣條件改變下的改進的平均值模型的有效性和精度，結(jié)果表明經(jīng)過改進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控制系統(tǒng)設(shè)計。將經(jīng)過驗證的改進的平均值模型用于柴油機低負荷瞬態(tài)特性的研究，分析了在輔助鼓風(fēng)機開、關(guān)，以及一臺渦輪增壓器切斷時柴油機的瞬態(tài)性能和壓氣機軌跡圖的變化，表明在柴油機加速過程中，輔助鼓風(fēng)機關(guān)閉會