风帆助航改装船主推进装置性能研究

论文摘要

国民经济的快速增长及城市化进程的加快,使得能源需求日益增大。据能源专家估计,航海所用燃料的消耗占全球燃料消耗总量很大的比重,在当前的国际原油价格的大背景下,船队的营运日益受到高油价以及环保的挑战,并在节能减排方面面临着极大的压力。特别是在2008年10月召开的MEPC第58次会议,提出了将新造船CO2设计指数改为新船能效设计指数(EEDI),EEDI便迅速成为国际海事界各方关注和争论的焦点。船舶能效设计指数的提出,实质性地突出了船舶改进能效的各种措施,鼓励船厂、船舶设计者、设备厂利用一切可利用的措施来改进船舶能效,促进技术进步和革新。在上述形势下,作为辅助动力的风帆助航系统也越来越倍受观注,然而在现有的船舶上装设风帆助航装置,不仅对船舶的航行姿态产生巨大影响,也对主推进装置的性能产生影响,因此有必要对主推进装置的性能进行分析,采用一定的方法优化调控主机,使主机保持良好运行。本文首先运用Fluent软件对风帆产生助推风压进行仿真计算,然后评估其对船舶产生的推力；其次,结合螺旋桨特性和船舶的阻力对船舶加装风帆后主机的降速和降功率幅度进行评估,得出主机在不同风速和不同航行工况下主机运行区域；再次,分析主机降功率后各种特性的变化和影响,并针对主机的运行工况,优化加装风帆后主机的操控方案,提出科学的操纵和管理模式；最后,结合目标船,从燃油和排放出发,评估主机降功率后的经济增益。全文从主机本身出发,分析在风帆助航装置作用下主机降功率后对主推进装置性能的影响,找出一套适合主机降功率后的操纵方法,最后分析得出主机总体的经济效益。为风帆助航改装船主机的操纵和管理提供理论依据,同时对将来专用风帆助航船的设计和制造也有一定的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的研究背景
• 1.2 选题的研究现状
• 1.3 课题的提出及研究意义
• 1.3.1 课题的提出
• 1.3.2 课题的研究意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 船舶动力装置特性分析
• 2.1 柴油机特性
• 2.1.1 速度特性
• 2.1.2 负荷特性
• 2.1.3 推进特性
• 2.1.4 限制特性
• 2.2 螺旋桨特性
• 2.3 机、桨配合特性
• 第3章 "文竹海"散货轮风帆系统初设
• 3.1 "文竹海"散货轮加装风帆系统介绍
• 3.1.1 "文竹海"散货轮主要参数
• 3.1.2 风帆的选用
• 3.1.3 "文竹海"轮加装风帆助航系统介绍
• 3.2 加装风帆后风帆推力评估
• 3.2.1 风帆产生推力的空气动力学原理
• 3.2.2 风帆助航系统提供的推力评估
• 3.3 本章小结
• 第4章 风帆系统对主推进装置性能的影响研究
• 4.1 风帆推力对主机功率和转速的影响
• 4.1.1 风帆推力对螺旋桨特性的影响分析
• 4.1.2 主机转速和输出功率的计算
• 4.1.3 风帆系统对机、桨配合特性的影响
• 4.2 风帆推力作用下"文竹海"主机工作区域分析
• 4.2.1 "文竹海"主机负荷特性研究
• 4.2.2 风帆作用下"文竹海"主机的工作区域
• 4.3 风帆系统对主机性能的影响
• 4.3.1 使用风帆对主机燃烧的影响
• 4.3.2 主机降功率对增压器的影响
• 4.3.3 主机降功率对冷却系统的影响
• 4.4 主机降功率运行的优化调整措施
• 4.5 本章小结
• 第5章 风帆助航节能减排潜力分析
• 5.1 主机燃油消耗评估
• 5.1.1 "文竹海"主机机型功率减额油耗计算
• 5.1.2 主机降功率后经济性评估
• 5.2 风帆助航船节能减排评估
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 附录 符号和缩略词说明
• 致谢
• 研究生履历