船舶推进系统排放与能效建模与仿真方法研究开题报告

 2021-08-14 03:00:29

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着人类社会的发展和不可再生能源的日益枯竭,节能环保日益成为国际社会关注的焦点,虽然航运相对与其他运输方式在环境绩效上具有相当的优势,但是鉴于目前越来越庞大的运输团队,船舶运载量大幅提升,船舶日益大型化,而船舶功率也不断增加,船舶因此造成的能耗和温室气体排放的总量仍然受到国际社会的关注 。同时,由于原油价格的持续上涨,燃油费用在船舶营运过程中占的比例也越来越高,因此,船舶航运的节能减排不但对环境有利,而且是各个航运公司的迫切需求。影响船舶在营运过程中的燃油消耗和eeoi(船舶二氧化碳排放指数)的因素不但包括船舶船体、螺旋桨、主机性能等确定性因素,还有由于波浪变化导致的阻力波动、由于航线和营运等导致的航程、载货量变化等随机因素。对于某一船舶的一个航次来说,其随机因素主要是海况的随机性导致船舶所受阻力的随机变化,其确定性因素是船体的几何参数、螺旋桨特性、主机的工作性能、船机桨之间的配合关系和航行距离、排水体积等。对于大多数在营运船舶,推进能耗占全船总能耗比重较大,从改善阻力性能和推进效率入手仍有可观的节能空间,船舶在一个航次中推进能耗预报以及定量分析,是船舶营运者制定船舶能效管理、优化计划的有力依据,因此,对船舶主推进系统能耗分析和预报方法的研究具有重要意义和实用价值。 船舶作为交通运输中重要的水上载运土具,承担着国内和国际间贸易运输,每年消耗大量燃油。提高船舶能效,对于降低能源消耗很有重要意义。可以从航速、船型、动力和推进系统及节能附休装置四个方面,逐步分析影响船舶能效提高的因素,讨论降低能耗切实可行的方案。国际海事组织(imo)制订能效设计指数(eedi)、能效运营指数(eeoi)、船舶能效管理计划(seemp),这些指数的提出,使人们可以更直观地解船舶的能效情况。eedi与eeoi二者侧重点不同,eedi侧重于敦促造船业在船舶设计阶段优化船体和机械效率,eedi往往在新船试航时就可以进行测算,具有强制性,侧重于鼓励船舶营运商优化船舶营运能耗。 世界主要造船国家都希望以领先的能耗设计、节能技术来获取更多的造船订单,我国在船舶能耗设计方面也有很多研究,例如,倪骏恺的论文中综合了各类因素,推导eeoi船舶的理论估算公式,提出eeoi的一些新的概念。其论文的研条件的油轮其次、集装箱船最低,降低航速对提高能效最为有效,提高船舶满载率其次,增加航程和缩短停泊时间也有助于提高能效,但影响不明显;史战国的论文中,研究了目标船在以固定航速行驶下无帆和使用风帆的eeoi指数不同,对航线整个航段进行优化,提出了一种在保持航行速度不变的基础上在某些航段通过优化风帆操作降低eeoi的方案;在康天钦的论文中,利用matlab内置程序编辑器编程实现船舶总能系统工质热物性参数焙、嫡和火用的自动计算,对某液化气/化学品船进行了实船能效分析。结果显示,在该船总能系统火用损失最大的单元中,废热回收单元火用效率比柴油发电机组高而其火用损率反而较低,提高总能系统能效应以提高其余热发电系统发电量为主。

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2. 研究的基本内容与方案

在研究主推进系统推进能耗时,将其视为一个能量转化系统,主机是唯一能量产生源,而船体、传动装置、螺旋桨等均属于能量的消耗体,因此,我们需要分析主动力装置、船体、外界风浪条件三者的运动特性以及能量转换特点。我们将主推进系统能量消耗分为三个子系统进行研究,即风浪条件子系统、船舶操纵运动子系统、主推进系统特性子系统。

所以我们以目标船基本参数为基础,通过机理分析可以得到风浪力特性、船体水动力特性、螺旋桨特性、舵特性、主推进系统油耗特性,然后根据目标船特点,先分别建立航线海域风浪干扰力模型、船体水动力模型、舵力模型、螺旋桨推力模型、主推进系统油耗模型,再将各子模型整合为船舶主推进系统能耗分析总模型,而后将模型分模块编入MATLAB,用建立的模型进行目标船操纵性的数值仿真试验以及实航仿真试验,将仿真结果与实船试航报告以及轮机日志进行比对,验证模型有效性。最后我们需要根据所得到的仿真结果,对多次能效仿真结果进行分析,对影响船舶EEOI的海况、载货率和航速做敏感性分析。逐条分析影响EEDI的因素,并根据分析结果给出能减少船舶能耗的一些提议和方法。

3. 研究计划与安排

2016.3.15之前 收集资料,翻译外文文献资料,撰写毕业设计开题报告。

2016.4.01之前 分析出主动力装置、船体、外界风浪条件的运动特性及能量转换特点。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]iso15016.shipsandmarinetechnology一guidelinesfortheassessmentofspeed

andpowerperformancebyanalysisofspeedtrialdata[s].2002.

[2]resolutionmepc.212(63).2012guidelinesonthemethodofcalculationofthe

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