甘辉兵[1]2011年在《LNG船推进系统建模与仿真研究》文中进行了进一步梳理随着我国LNG船队的不断发展与壮大,通过轮机模拟器对LNG船舶轮机管理人员进行相应的教育与技术培训对培养技能娴熟的轮机管理人员有着重要意义。我国现阶段完全依赖国外昂贵的LNG船轮机模拟器产品进行教育与培训,定程度上制约了我国LNG船舶运输业的发展。为了打破国外昂贵产品的垄断、节约资金,非常有必要对典型LNG船推进系统进行系统的数学建模与仿真研究,为研制具有自主知识产权的LNG船轮机模拟器奠定理论与实践基础。以国产LNG船的推进系统为研究对象,采用模块化与集总参数建模方法分别建立了LNG船主推进系统中双燃料主锅炉本体模型、典型的主锅炉辅助系统模型、主推进汽轮机系统模型及简化的螺旋桨推进模型。以Matlab/Simulink为仿真工具,进行了仿真计算分析,仿真结果与设计试验数据和部分试航数据作了对比分析；从宏观整体描述的角度,采用系统动力学理论建立了推进系统中典型的动态特性分析模型,并采用VENSIM仿真工具进行仿真,将仿真结果与经典微分方程模型仿真结果进行了比较分析；在已验证的模型基础上,开发了LNG船轮机模拟器中的推进仿真系统。具体而言本文的主要贡献包括以下几部分：针对国产LNG船中双燃料主锅炉系统的特点,合理详细的划分了锅炉本体部分子模块,分别建立了各个子模块的数学模型,包括炉膛、汽包、水冷壁上升管、下降管、水筒与联箱、过热器、经济器、空气预热器及烟气侧传热模型。在炉膛动态模型中,首次结合双燃料燃烧的特点,引入燃油与燃气份数,建立炉膛烟气含氧量仿真模型,可以扩充炉膛监控参数仿真范围；给出了一种简化的内嵌式过热器仿真计算模型,可以兼顾轮机模拟器仿真精度与仿真速度的要求；在Matlab/Simulink中将各个子模块模型连接成整体锅炉模型进行仿真分析,分别进行了静态和动态仿真试验,其中静态仿真数据与实际数据吻合良好,整体精度在5%以内,满足轮机模拟器的稳态精度要求：动态仿真趋势合理,符合实船动态响应规律。还分析和建立了主锅炉燃油系统、天然气系统及除氧给水系统模型,改进了燃油系统模型中舱柜液位计算模型。针对国产LNG船中主推进汽轮机及其推进轴系的特点,建立了汽轮机本体数学模型、推进轴系模型、船—桨模型,并连接构成整体模型,应用Matlab/Simulink搭建了相应的仿真模型,并进行了系统仿真试验,仿真结果表明,稳态仿真结果与设计数据吻合良好,满足轮机模拟器的整体精度要求；动态仿真趋势合理,与试航工况数据趋势一致。以系统动力学理论为基础,从宏观系统分析的角度出发,建立了LNG船汽轮机系统动态特性分析模型。在VENSIM平台下,分别建立了其因果回路、流量存量图及结构方程,并进行了仿真研究。结果表明,该方法建立的模型的精度与动态特性和经典模型相当,且更加直观体现了系统的本质,描述确切、繁简适当,适用于LNG船汽轮机系统的动态特性分析与优化控制,并可推广到整个轮机系统的整体优化建模与分析。最后,以建立和验证的数学模型为基础,通过高级语言编程实现,开发出了国内首套LNG船推进仿真系统,该部分是LNG船轮机模拟器的核心内容。对LNG船轮机模拟器进行了整体规划和设计,并从仿真模型程序与仿真界面设计的角度出发,提出了切实可行的优化设计方法；采用Visual C#开发工具编程实现了推进仿真系统软件,包括主锅炉系统、主推进汽轮系统、推进系统监测与报警及教练员管理系统等软件模块。开发的软件系统具有界面美观大方、操作方便灵活、实时性强、模型精度高及专业性强等优点。该系统的成功开发对推动我国LNG船舶轮机管理人员的教育与培训有着重要意义。
赵志斌[2]2001年在《轮机模拟器中蒸汽系统的仿真研究》文中研究说明本文课题是大连海事大学211工程项目——“基于虚拟现实的现代轮机模拟器”的一个子项目。蒸汽仿真系统作为轮机模拟器的一个仿真工作站，主要完成船舶锅炉及相关设备的过程仿真。 论文首先根据船舶锅炉的工作原理，通过机理建模的方法，得到锅炉汽包水位和汽压调节对象的模型，并通过一定的假设和简化，得到汽包水位和压力在具体扰动下的数学模型。 通过对仿真方法的深入研究，兼顾仿真速度和精度的前提下，选择了双线性替换法进行计算机仿真。并运用MATLAB仿真工具，针对锅炉水位和汽压调节对象仿真模型在不同的蒸汽负荷、不同给水量、不同燃油量和不同控制方式下的动、静态情况进行仿真研究。定性的验证表明仿真模型与真实物理过程是相符的。 本文还介绍了蒸汽仿真子系统的软件开发过程、实现的功能等。蒸汽仿真子系统可以与其它仿真子系统以数据服务器为中心、以星型网络结构构成分布式仿真系统(DIS)，对轮机人员进行综合的训练；也可作为单独的锅炉仿真培训系统，或作为《轮机自动化》、《锅炉与汽轮机》等课程的辅助教具。 论文的最后对仿真的可信度进行了初步的研究和探讨。
刘文朝[3]2013年在《船用汽轮机虚拟现实仿真系统的研究》文中研究指明汽轮机作为船舶动力的历史由来已久,其具有功率大、造价低、制造以及运营的经验丰富等优点,从上世纪六十年代开始就作为第一代LNG运输船舶的主动力装置,当前的蒸汽轮机装置主要应用在LNG运输船上。近年来,LNG需求量的增加将对我国LNG运输船舶的发展产生重大的促进作用,为了保证船舶营运的安全,加强轮机管理人员的操作与管理技能的培训则显得尤为重要。通过开发效果更好、使用维护更加方便的轮机模拟器系统来对轮机员进行培训,使其获得更加真实、逼真的培训效果,这也是当今航海类院校的研究热点之一。本文以我国沪东中华造船厂承建的首艘LNG运输船“大鹏月”轮的船用汽轮机为研究对象,通过建立该汽轮机的数学模型并对其进行仿真分析,然后利用虚拟现实技术进行船用汽轮机虚拟仿真系统的开发。文中首先分析介绍了船用汽轮机的结构组成以及工作原理；然后将汽轮机划分模块分别对调节级、非调节级以及连通管等建立数学模型,并将各部分组合之后分别完成高压透平、低压透平以及倒车透平的数学模型；在已建立的数学模型基础上通过Matlab仿真软件中的Simulink组件对汽轮机各部分的模型进行仿真分析,使之能够满足公约的要求。在获得满足要求的数学模型之后,利用3ds Max叁维建模软件建立汽轮机的叁维模型并构建虚拟场景,然后对其进行添加贴图及渲染优化处理,获得满意的叁维模型之后将其导出为.X文件；然后将.X文件导入到XNA叁维引擎中实现汽轮机系统的虚拟漫游与虚拟操作,利用C#编程语言进行程序编写,将所建的数学模型与汽轮机的叁维模型相结合,从而完成汽轮机虚拟现实仿真系统的实现并为叁维模拟器与二维模拟器的交互开发做了一定的铺垫。本文的研究结果实现了叁维模拟器中汽轮机运行参数的动态显示,对于虚拟现实在今后叁维LNG轮机模拟器的成功开发提供一定的参考及借鉴意义。
包文俊[4]2001年在《船舶多种发电方式联合运行的仿真研究》文中提出本论文是结合上海市教委重点学科研究项目“船舶电站多种发电方式的联合运行的仿真研究”进行的。电站仿真技术是系统仿真技术的一个应用分支。系统仿真技术涉及计算机及网络通信技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域。随着这些领域不断取得新的进展，系统仿真技术日益向纵深发展，应用领域也迅速扩大。与此同时，关注有关技术领域的新进展和趋势，以增强仿真系统性能、提高开发效率为目标，将有关成熟的技术应用于仿真系统的开发，并已形成具有较强通用性的系统开发技术，具有很强的应用性，得到了广泛的重视。电站仿真技术是一门综合技术，它是数学、物理、化学、热力学、流体力学、控制理论、计算机技术、热能动力、电工学等多学科专业理论为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具对真实电站发电机组进行仿真的综合技术。系统仿真技术理论的成熟推动了电站仿真机的研制，电站仿真系统的研究也成为了一个热点。船舶电站仿真属于数学—物理仿真。它是建立发电机组的数学模型，并转换成可在计算机上运行的软件来模拟发电机组，而电站主控制室内的物理效应设备则采用实物接入系统，构成数学—物理仿真系统。 船舶电站仿真系统是轮机模拟器的重要组成部分，轮机模拟器是航海教育界对船舶机舱仿真培训系统的通称。上海海运学院研制成功的“SMSC-2000轮机模拟器”，于1999年4月通过了交通部的验收，1999年12月又通过了科技成果鉴定，其教学实践功能完全达到了国际海事组织颁布的STCW78／95公约要求以及国家海事局颁布的海船船员适任证书和评估大纲的要求，其开发技术及成果达到了九十年代中期国际先进水平。但是在该轮机模拟器的辅机电站仿真系统中只对船舶柴油机发电机进行仿真模拟的开发。这将导致受训人员对大型的船只如巨型油轮的仿真培训不够完善。因此，有必要对其他两种发电系统进行仿真，并使之能够并联运行。同时为了能够尽快的实现国际海事组织规定的2002年船员必须实现精通电的要求，开发出实际的且完善的电站仿真培训系统具有现实意义和经济价值。本论文是上海市教委重点课题——船舶多种发电方式联合运行的仿真研究的一部分。其中柴油发电机的仿真研究已经在SMSC-2000模拟器中完成，现在进行轴带发电机与汽轮发电机的建模和仿真，以及叁种发电方式联合运行的仿真研究。本论文主要进行船舶轴带、汽轮机发电机的界面设计、数学建模和仿真以及叁种发电方式联合运行仿真研究。本文的主要内容如下： 第一章简要的介绍了电站仿真技术的发展历史和目前水平，并说明了今后电站仿真技术和电站仿真机的发展方向。并说明了本文所做工作意义及其各项具体工作。 第二章是介绍了船舶电站仿真系统的特征以及组成，并说明了叁种发电方式联合运行的实际意义。 第叁市分析厂轴带发电机系统及其仿真系统的结构和组成，由十在实际船舶中，．轴带发电机的使用也是比较突出的，本文则采用具有代表性的西门f可控硅轴带发民’一’———‘”—’”””—””—”一——”———””””——””“”’””’“”””’”－”—’—”“’—‘””“”—”—”－’”一 电机系统为模型，旨在通过对有代表性的系统进行研究和仿真，建立相应的仿真数 学模型，实现了较完善的轴带发电机仿真系统。 第四章主要研究了船舶废气透平发电机。对船舶废气透平发电机进行了数学建 模及仿真。由于船舶废气透平发电机一般在大型油轮中使用，且船舶多种发电机联 合运行的船舶电站仿真器是一种培训型仿真器，主要是操作功能的体现，因此，对 船舶废气造平发电机的数学模型仿真作了一些简单化处理。 第五章介绍了基于Web的电站仿真系统的定义和概念，并进行了初步的探索和 研究，并提出了两种比较可行的实现方法。但将讨论和研究集中在关键的技术问题 上，主要是基于Web的电站仿真中如何与数据库的交互问题。本章的研究对以后的。开发作了一些基础性的理论研究。 通过以上的研究工作，本电站仿真系统开发出：汽轮发电机组的主界面、汽轮 发电机组集控台（仪表台）和汽轮发电机组机旁控制台、轴带发电机主界面、轴带 发电机的数学建模、汽轮发电机的数学建模、汽轮发电机的数学建模。以及初步整 理了有关基于Web仿真的理论，希望在今后的网络应用中能得到实现。因此，本课 题研究实现了船舶多种发电方式联合运行的仿真。当然，由于时间问题以及所开发 的电站仿真系统主要面向船员和学生的培训，所以对该仿真电站作了一些简化。还 有一部分研究成果并没有在本课题中实现，而是作者结合国内外的系统仿真发展动 态和相关技术，对船舶电站的发展方向作了一些预测和基础性的研究，可作为本课 题的后续研究和开发。
姜世勋[5]2012年在《轮机模拟器防污染系统的建模与可视化仿真研究》文中进行了进一步梳理海洋环境保护一直是全世界关注的一个话题,近年来,海洋污染问题则尤其突出,船舶排放是造成海洋环境污染的因素之一,历来受到了各方的关注与研究。实践证明,在船舶排放造成的海洋环境污染事故中,绝大多数是人为因素造成的,为此,国际海事组织IMO一直致力于提高船员素质的诸多工作,其中STCW公约马尼拉修正案将轮机资源管理(ERM)内容变为强制性要求,该要求更加强调了船员能力的训练和培养,是一项提升船舶防污染技术和提高船员职业素质的有效方法。轮机模拟器训练和培训,是提高船员素质,减少人为事故的重要设备之一,目前大连海事大学为天津海运职业学院研制的DMS-2005大型轮机模拟器的防污染设备的仿真模型过于简化,没有焚烧炉、生活污水处理装置和油水分离器,不利于更深入开展更有针对性的操作和训练。本文结合天津海运职业学院的DMS-2005大型轮机模拟器存在的不足,对船舶防污染设备进行了比较深入的研究,建立了防污染设备的数学模型,模型包括焚烧炉、生活污水处理装置、机舱油污水处理装置及其控制装置,利用仿真支撑平台系统PROSIMS及VC++6.0分别实现了仿真模型和操作界面的程序设计,完成了仿真系统与模拟器仿真平台的集成和数据通讯,完成了船舶防污染设备仿真系统的开发,并作为轮机模拟器的一个重要组成部分。论文首先从国内外轮机模拟器研究现状及未来发展趋势着手,分析了天津海运职业学院的DMS-2005大型轮机模拟器在防污染设备与系统方面的不足,确定了本课题研究目的、意义及主要研究内容。其次以典型防污染设备及系统(含焚烧炉、生活污水处理系统、机舱油污水处理装置及其控制装置叁个模块)为研究对象,从对设备结构、功能特点、使用管理等方面进行系统研究的基础上,对各系统的仿真方案进行系统化设计。最后在制定了防污染设备与系统仿真方案的基础上,利用模块化建模思想,建立了焚烧炉、生活污水处理装置和油水分离器等设备及其控制系统的数学模型,利用仿真支撑平台系统PROSIMS和VC++编程语言完成了仿真模型的计算,利用VC++6.0完成了各系统的可视化操作界面的程序设计和编程,完成了仿真系统与模拟器仿真平台的集成和数据通讯,完成了防污染设备的可视化仿真系统的开发。该仿真系统可以作为轮机模拟器的重要组成部分,用于学生的操作训练与评估。
甘辉兵, 任光, 张均东[6]2012年在《LNG船推进仿真系统的设计与实现》文中提出针对我国液化天然气(Liquefied Natural Gas,简称LNG)船舶轮机管理人员的培训全部依赖于国外昂贵产品的现状,以国产首制LNG船为母型船,开发了国内首套LNG船推进仿真系统。该系统既可独立运行;亦可与其他系统连接,构成整体系统运行;方便灵活。在实际的编程实现中,对实时仿真系统中仿真模型程序与仿真软件界面程序,提出了实现的优化方法;通过不同的子模型采用不同的仿真算法、模型程序全局变量与内部变量分离、模型程序与界面程序分离运行等机制,解决仿真系统中实时性和准确性的矛盾问题。该系统的成功开发,对推动我国LNG船舶轮机管理人员的教育与培训有着重要意义。
肖辉[7]2014年在《集轮机模拟器燃油加装与驳运系统的建模与仿真》文中研究指明船舶燃油的供给、加装和驳运在保证船舶安全运营和防止船舶造成污染方面至关重要。船舶燃油在加装、驳运过程中涉及到海洋防污染、船舶吃水调节和保证船舶安全续航等多个方面。船上工作人员对船舶燃油的供给、加装和驳运操作规程必须熟练掌握,否则一旦操作失误,就会造成严重的事故,所以加强船员相关知识的培训和训练是轮机模拟器必不可少培训内容,而目前我国现用于船员培训的关于船舶燃油供给、加装和驳运培训的模拟器过于简化,不利于更深入的操作和训练；同时还随着现代化船舶的发展,适用于我国船员关于船舶燃油系统培训的模拟器也要做出相应的改进。鉴于以上考虑,本文针对现有轮机模拟器燃油加装与驳运系统的不足,提出了船舶轮机模拟器燃油加装与驳运系统的改进技术方案,该技术方案可以提高轮机模拟器的功能,满足更高的船员技能培训、评估等要求。2012年1月1日开始实施的STCW公约马尼拉修正案对轮机模拟器做了新的要求,规定其功能应满足：(1)能够模拟常规工况下轮机长、轮机员之间的协调与配合(包括备车与完车、机动航行、正常航行、锚泊、靠港作业、雾中航行、加装燃润料等)；(2)能够模拟应急情况下轮机长、轮机员之间的协调与配合(包括主机故障、舵机失灵、全船失电、机舱火灾、机舱进水、恶劣海况、搁浅、碰撞、海盗袭击、溢油等)。为满足国际相关法规的要求,本文对轮机燃油加装与驳运系统进行了比较深入的研究,根据船舶实际工作时的操作规范和船员培训等方面要求,提出了船舶轮机模拟器燃油加装与驳运系统的改进技术方案；建立了燃油加装与驳运系统的管网节点流量方程；建立了燃油驳运泵及其相关阀件的数学模型；根据实际船舶舱柜的体积-液位高度对照表,利用最小二乘法拟合了舱柜的体积-液位高度方程；利用VC++完成了燃油加装与驳运系统的程序设计和数学模型的求算,编写出动态链接库程序,通过平台测试验证了模型的正确性。
潘瑞[8]2008年在《船舶柴油机燃油系统的建模与仿真研究》文中认为船舶轮机模拟器作为现代航海教育设施，可以用以快速有效地培养现代轮机管理人员。船舶动力装置是船舶的核心，燃油系统是船舶动力装置的重要组成部分。燃油系统的建模仿真研究对于提高轮机模拟器的仿真精度和逼真度具有重要意义。通过对燃油系统深入详细的分析，作者应用热力学和工程流体力学等相关理论建立了较为完整的船舶柴油机燃油系统数学模型，并详细讨论了系统中管路、泵、换热器，流量计等建模方法。建立了船舶燃油系统的管网方程组，采用矩阵方法计算网络中每个支路的流量和节点压力。针对复杂的管网方程组的计算问题，对高斯消去法和稀疏矩阵运算等方法，分别进行了分析和研究。计算结果表明稀疏矩阵运算方法减少了求解矩阵方程的存储量和计算量。将稀疏矩阵运算方法用于船舶柴油机燃油仿真系统中，开发了可视化的船舶燃油仿真软件。通过分布式的仿真半台实现了仿真模型与操作界面的结合。此船舶燃油系统仿真软件包括燃油装填、驳运、主机以及付机的燃油供给系统。具有阀门操作、燃油黏度手动／自动控制、油柜加热等多种控制功能。仿真结果表明，本文应用的稀疏矩阵解算船舶复杂管网方法适合实时仿真计算。随着燃油管路中的阀门和泵等状态改变，能迅速准确的计算出各个节点压力和管道流量。在保证精度的前提下，节省了计算时间，提高了整个轮机模拟器仿真系统的仿真精度和逼真度。船舶燃油仿真系统已成功应用于DMS－2006大型全功能轮机模拟器中。本文提出的稀疏矩阵求解的方法同样适用于其他不可压缩流体管网的仿真运算。
甘辉兵, 张均东, 蒋丁宇, 雍强[9]2014年在《超大型油轮货油泵透平系统仿真研究》文中研究表明针对我国超大型油轮轮机模拟器中缺乏典型的货油泵透平系统仿真内容的现状,结合超大型油轮轮机模拟器的研发,建立了典型的货油泵透平系统的数学模型,包括离心货油泵模型、驱动汽轮机及其输出轴模型、汽轮机润滑及安全联锁保护系统模型等。采用机理建模与实船操作仿真相结合的混合仿真技术,开发了货油泵透平系统硬件仿真平台和软件仿真系统,丰富和完善了超大型油轮轮机模拟器的内容和功能,实现了具有良好人机交互界面的货油泵透平系统的仿真目标。该系统既可独立运行,亦可与液货操作仿真系统连接,构成整体系统运行,方便灵活。该系统的成功开发,对推动我国超大型油轮轮机管理人员的教育与培训有着重要意义。
胡军[10]2009年在《船舶燃油净化系统的设计与研究》文中研究指明随着信息技术的飞速发展及计算机技术的广泛应用,计算机仿真技术在各个领域的应用越来越引起科研人员的关注,而且也必将吸引更多的人才从事各专业的仿真研究。在现代船舶燃油净化系统中,国际知名设备Alfa Laval分油机占据着主导地位,而船舶燃油净化系统是保证船舶动力装置正常工作的前提条件,因此对由Alfa Laval分油机组成的船舶燃油净化系统展开系统设计和仿真等一系列研究工作具有重要的意义,一方面紧扣船舶设备的应用现实与前景,另方面又准确把握科学技术的发展前沿,将先进仿真技术成功应用到实际科研项目中。本文对由新型Alfa Laval分油机组成的燃油净化系统进行概述,根据燃油净化系统特点及实际项目要求采用AutoCAD设计燃油净化系统。此外,还对燃油净化系统中的油柜、分油机、管系、阀件等进行设计与选型。燃油净化系统的设计与实现是进行系统仿真软件开发的重要基础。数学模型是开发燃油净化系统仿真软件的关键,燃油净化系统动态数学模型主要包括分油机分离模型、电机电流模型、供油泵模型、加热器模型、油柜模型、水箱模型等。本文对上述数学模型的原理和建立进行详细描述,对于复杂动态数学模型采用Matlab/Simulink工具,进行模型搭建、参数修正和仿真结果分析,从而得到高仿真精度的模型。本文通过对分油机分离模型和控制器模型的设计和实现说明数学模型到源代码的实现过程。在.NET开发环境下,以Visual C#编程语言开发燃油净化系统仿真软件,包括燃油净化系统布置、分油机控制和操作仿真、报警显示、故障模拟、操作日志显示和日志文件保存、数据显示和导出、曲线绘制等功能。在仿真系统的实现过程中应用了GDI+图像处理技术及ADO.NET数据库技术等,充分利用了Visual C#语言的优势。通过对比各种设计方案的优缺点并综合考虑实际研究情况,研发基于以太网的远程数据采集及远程控制系统,以此作为下位机。同时在研究UDP协议的基础上自主定义下位机与上位机燃油净化系统仿真软件的通讯命令,进一步优化通讯协议,实现了上位机燃油净化系统仿真软件与下位机的数据通讯,从而成功地研发出一套完整的燃油净化系统模拟器。
参考文献：
[1]. LNG船推进系统建模与仿真研究[D]. 甘辉兵. 大连海事大学. 2011
[2]. 轮机模拟器中蒸汽系统的仿真研究[D]. 赵志斌. 大连海事大学. 2001
[3]. 船用汽轮机虚拟现实仿真系统的研究[D]. 刘文朝. 大连海事大学. 2013
[4]. 船舶多种发电方式联合运行的仿真研究[D]. 包文俊. 上海海运学院. 2001
[5]. 轮机模拟器防污染系统的建模与可视化仿真研究[D]. 姜世勋. 大连海事大学. 2012
[6]. LNG船推进仿真系统的设计与实现[J]. 甘辉兵, 任光, 张均东. 中国造船. 2012
[7]. 集轮机模拟器燃油加装与驳运系统的建模与仿真[D]. 肖辉. 大连海事大学. 2014
[8]. 船舶柴油机燃油系统的建模与仿真研究[D]. 潘瑞. 大连海事大学. 2008
[9]. 超大型油轮货油泵透平系统仿真研究[J]. 甘辉兵, 张均东, 蒋丁宇, 雍强. 中国造船. 2014
[10]. 船舶燃油净化系统的设计与研究[D]. 胡军. 大连海事大学. 2009