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风翼助航船舶主机燃烧过程优化研究

作　者: 客振亚
导　师: 黄连忠
学　校: 大连海事大学
专　业: 轮机工程
关键词: 风翼助航船舶船舶主机燃烧喷油规律
分类号: U664.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着世界经济的快速发展,能源与环境问题已成为国际社会广泛关注的焦点问题。在此背景下,船舶风翼助航技术重新引起了人们的重视并取得了快速发展。船舶使用风翼助航之后主机会降功率运行,在部分负荷下主机的燃烧质量会有所下降,从而会降低船舶主机的经济性和动力性。船舶使用风翼后为提高主机的动力性和经济性,有必要对风翼助航船舶主机的燃烧过程进行一定的优化研究。文章选取一种空气动力性能较好的多段翼为研究对象,选取适宜安装风翼的某7.6万载重吨巴拿马型散货轮作为目标船。首先,对翼帆模型进行了风洞试验,测取了翼帆在不同攻角下的升力系数和阻力系数,并根据翼帆的空气动力性能以及风洞试验的测试结果,计算出了翼帆在不同风向角下可为目标船提供的最大助推力；其次,通过建立船、机、桨、翼的数学模型,计算出了目标船主机在风翼助推力下所运行工况点的主要参数(主机转速、扭矩、有效功率、循环供油量)；再次,通过建立目标船主机的整机模型,探究了喷油规律中喷油定时和喷油持续期对主机燃烧以及柴油机动力性、经济性的影响规律；最后,对主机在部分负荷时喷油定时和喷油持续期的匹配进行了优化计算,以实现风翼助航船舶主机在部分负荷时燃烧过程的优化。通过对风翼助航船舶主机燃烧过程的优化研究,可得如下结论：实际风况的变化会引起风翼助推力的较大变化,进而会使船舶主机的工况发生较大变化,对主机运行产生不利影响,对风翼助推力的阶梯化有利于主机运行工况点的稳定；船舶主机喷油规律中喷油定时和喷油持续时间对主机的燃烧质量以及主机的经济性、动力性有着显著影响,在一定程度上增大喷油提前角和缩短喷油持续时间均可增大柴油机的爆发压力、增加主机的输出功率；通过模拟计算可以得出喷油定时与喷油持续期的最佳匹配关系,从而实现风翼助航船舶主机在部分负荷时燃烧过程的优化,进而为风翼助航船舶主机的设计和管理提供一定理论依据。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
第1章绪论  11-19
  1.1 背景及意义  11-12
  1.2 研究现状  12-16
    1.2.1 风翼助航技术研究  12-13
    1.2.2 船舶柴油机燃烧过程优化研究  13-16
  1.3 论文思路  16-17
  1.4 论文主要内容  17-19
第2章目标船概述及风翼推力分析计算  19-33
  2.1 目标船及其加装风翼情况概述  19-22
    2.1.1 目标船概况  19-20
    2.1.2 目标船风翼布置情况  20-22
  2.2 翼帆结构及其气动性能介绍  22-25
  2.3 最佳操帆情况下推力分析  25-32
    2.3.1 翼帆受力分析  25-27
    2.3.2 典型风力下最大助推力计算  27-28
    2.3.3 最大助推力减额优化  28-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章风翼助推下主机工况点相关参数计算  33-52
  3.1 船体运动模型建立  33-35
    3.1.1 船体附加质量计算  33-34
    3.1.2 船体运动数学模型  34-35
  3.2 船舶阻力模型建立  35-39
    3.2.1 船舶水阻力建模  35-36
    3.2.2 船舶空气阻力建模  36
    3.2.3 漂角和舵角引起船体阻力增额分析  36-38
    3.2.4 船舶总阻力建模  38-39
  3.3 螺旋桨模型建立  39-44
    3.3.1 螺旋桨敞水特性分析  39-41
    3.3.2 船体对螺旋桨特性影响  41-43
    3.3.3 螺旋桨数学模型  43-44
  3.4 船舶主机模型建立  44-48
  3.5 风翼助推下主机工况点相关参数计算  48-50
  3.6 本章小结  50-52
第4章目标船主机计算模型的建立及验证  52-73
  4.1 AVL Boost软件简介  52-53
  4.2 模拟计算的理论基础  53-61
    4.2.1 气缸内热力过程计算的边界条件  53-54
    4.2.2 气缸内热力过程数学模型  54-60
    4.2.3 发动机主要性能指标计算方法  60-61
  4.3 模型的建立  61-65
    4.3.1 建模步骤介绍  61-62
    4.3.2 目标船主机基本参数介绍  62-63
    4.3.3 物理模型的建立  63
    4.3.4 模型参数的设置  63-65
  4.4 模型计算及结果验证  65-71
    4.4.1 全负荷下计算结果验证  66-69
    4.4.2 部分负荷下计算结果验证  69-71
  4.5 本章小结  71-73
第5章目标船主机燃烧过程优化计算  73-87
  5.1 柴油机燃烧过程影响因素概述  73-74
  5.2 喷油规律对柴油机性能影响研究  74-81
    5.2.1 喷油持续期对柴油机性能影响分析  74-78
    5.2.2 喷油定时对柴油机性能影响分析  78-80
    5.2.3 喷油定时与喷油持续期匹配的优化计算  80-81
  5.3 风翼助推下主机喷油规律优化计算  81-86
    5.3.1 喷油持续期和喷油定时匹配优化计算  81-84
    5.3.2 喷油持续期与喷油定时的数值拟合  84-86
  5.4 本章小结  86-87
第6章结论与展望  87-89
  6.1 结论  87
  6.2 展望  87-89
参考文献  89-93
附录  93-97
致谢  97-98
作者简介  98

风翼助航船舶主机燃烧过程优化研究

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