船舶蒸汽动力装置冷凝器动态模型研究

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船用锅炉与汽轮机动态仿真及控制方法研究的开题报告

船用锅炉与汽轮机动态仿真及控制方法研究的开题报告一、选题背景船用锅炉与汽轮机是船舶主要的动力装置，其性能和控制直接关系到船舶的运行效率和安全性。

随着船舶工业的不断发展和技术的不断进步，对锅炉和汽轮机的要求也越来越高。

因此，对船用锅炉和汽轮机的动态仿真及其控制方法的研究具有重要意义。

目前，国内外关于船用锅炉和汽轮机的动态仿真与控制方法的研究存在一定的不足。

一些研究局限于单一的模型分析，缺乏实际工程应用的考虑；另一些研究对于不同类型的锅炉和汽轮机的动态特性差异性缺乏深入的研究；还有一些研究只考虑了单一控制目标，缺乏多目标优化和综合控制策略的考虑。

因此，有必要对船用锅炉和汽轮机的动态仿真及其控制方法进行深入的研究。

二、研究内容本研究主要涉及船用锅炉和汽轮机的动态仿真及其控制方法，包括以下研究内容：1. 船用锅炉和汽轮机的动态数学模型建立，考虑不同类型的锅炉和汽轮机的特性差异，以及锅炉和汽轮机之间的协调性。

2. 制定综合控制策略，考虑锅炉和汽轮机的多目标优化控制问题，包括保证动力性能的同时保证燃烧效率和安全性等。

3. 开发船用锅炉和汽轮机的仿真平台，验证所建立模型和综合控制策略的有效性和实用性。

4. 对仿真结果进行分析和优化，探索相应的优化策略，提高船用锅炉和汽轮机的性能和效率。

三、研究意义本研究的主要意义在于：1. 提高船用锅炉和汽轮机的性能和效率，降低能源消耗和排放，有益于保护环境和节约资源。

2. 开发的仿真平台可以为船舶工程设计和维护提供科学的仿真分析手段，促进船舶工程技术的发展。

3. 通过研究不同类型锅炉和汽轮机的动态特性差异性，可以为锅炉和汽轮机的设计和制造提供科学依据和指导。

四、研究方法与技术路线本研究采用数学建模和仿真实验相结合的方法，具体技术路线为：1. 收集船用锅炉和汽轮机的技术参数和实验数据，确定研究对象和内容。

2. 根据所收集的数据，建立船用锅炉和汽轮机的动态数学模型，考虑不同类型锅炉和汽轮机的特性差异性。

蒸汽动力装置模拟器冷凝器系统的建模与数值计算

收稿日期：２００５０８３ｌ作者简介：张树江（１９６３一），男，内蒙古赤峰市，副教授。
万方数据
辽宁石油化］＿大学学报
第２５卷
部的除氧水箱将冷却水带走。冷凝器内存在汽阻，蒸汽从喉部向底部流动过程中压力逐渐降低，底部凝结水
温度低于冷凝器喉部的饱和温度，在除氧水箱巾被加热除氧并同时降低过冷度。冷凝器是蒸汽动力装置主
警＋Ａｐ＝Ｂ
（１７）
万方数据
辽宁石油化工大学学报
第２５卷
系数矩阵Ａ＝一Ａ：Ａ。，月＝Ａ２Ｂ．＋上｝２。该非线性常微分方程组的系数矩阵通常是病态程度很高的大型稀
疏矩阵，所以选择合适的数值方法以避免发散。
２２数值方法
由于仿真软件规模庞大，又有实时性要求，因此应针对所求解微分方程的特征，在满足精度要求前提下
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Ｆ＝高篇暑＋意精数值根据上一个时间值计算。在给水泵的正常运行区域，用下式可以简单求解：
㈩¨’
１一（Ｋ２～＋Ｋ３Ｆ２）’（Ｋ２～＋Ｋ３Ｆ２）
在非正常运行区域用ｒ面的经验关系式求解：
Ｆ二Ｋ４Ｎ＋Ｋ５（ｐＤｐｓ）
（８）
其中，Ｋ。、Ｋ５为系数，依据计算结果可进行调整。
１３抽汽器
抽汽器用活塞泵和换热器组合模拟，图２为单级抽汽器。多级（一般是两级）抽汽器也可相似画ｍ。活

U型管蒸汽发生器的简化集总参数动态模型_张永生

第5卷中国舰船研究第5卷第4期2010年8月中国舰船研究Chinese Journal of Ship ResearchVol .5No.4Aug.2010收稿日期：2009－09－08作者简介：张永生（1982－），男，博士研究生。

研究方向：动力装置的控制与仿真。

E-mail ：zhang－262519＠163．com马运义（1942－），男，研究员，博士生导师。

研究方向：常规潜艇总体、性能和噪声控制研究设计1引言U 型管蒸汽发生器（UTSG ）是核动力装置中连接一回路与二回路的枢纽设备，起着将一回路冷却剂的热量传递给二回路的水，使之产生饱和蒸汽的重要作用。

国内外学者对UTSG 的研究可以说是方兴未艾，新的模型和新的控制方法不断地被提出。

Irving 等［1］从质量平衡的角度提出了SG 的一种分段线性简化数学模型，考虑了影响SG 水位的3个主要因素：容积效应、非最小相、给水引起的水位振荡。

Zhao 等［2］根据蒸汽发生器的物理过程和专家经验，建立了SG 的传递函数数学模型，但是没考虑参数的时变和模型的非线性因素。

Kim ［3］研究了2个自由度PID 控制器的调整算法，考虑了给水流率、蒸汽流率、给水温度和冷却剂温度对水位的影响。

但是，上述模型均为半经验模型，没有考虑除水位以外其它参数的动态变化，如蒸汽压力、蒸汽温度、焓值等参数。

而Feli-achi 、Yeung 、Kerlin 等［4-6］将SG 划分为下降段、上升段和蒸汽空间等不同的区域，根据质量、动量、能量守恒方程分别建立了不同区域的分布参数动态模型。

由于分布参数模型为偏微分方程，其中某些变量不仅是时间的函数也是空间的函数，数值求解比较复杂。

鉴此，Khaleeq 、Zhe 、Guimaraes 等［7-9］根据质量、动量、能量守恒方程先后提出了SG 的集总参数动态模型，它是一组常微分方程，变量仅为时间的函数，便于数值求解。

本文将UTSG 视为一个圆柱体，如图1所示，U 型管蒸汽发生器的简化集总参数动态模型张永生1马运义1高伟2唐滢1王强11中国舰船研究设计中心，湖北武汉4300642华中科技大学能源与动力工程学院，湖北武汉430074摘要：根据U 型管蒸汽发生器（UTSG ）的工作原理和基本的质量、能量守恒方程，建立了一种UTSG 简化的集总参数动态数学模型。

大型船舶的蒸汽热力系统建模及仿真研究

大型船舶的蒸汽热力系统建模及仿真研究摘要：大型船舶的核心部件是蒸气动力装置，因此它所构成的热力系统不仅庞大，而且结构和动力产生的过程都比较复杂。

对大型船舶蒸汽热力系统建模的研究，可以使其深入的了解其性能。

通过不同参数条件下对仿真实验所获得的数据进行分析，对将进一步的开发仿真平台构建一个做出新的引导。

关键词：船舶蒸汽热力系统建模仿真 simulink中图分类号： u66 文献标识码： a 文章编号：大型船舶的热力系统都有一定的相似性，如果设计运行人员对热力设备以及其系统动态特性不了解，那么设计出来的系统则会有漏洞，就有可能导致机组重大事故的发生。

因此对系统的动态深入探究，以及对其操作人员专业素质的提高都是必要的。

1、热力系统建模的步骤首先要描述仿真的问题，确定仿真的对象，把目的和要求做一个明确的表述。

将系统内部相互连接的组成部分确定，限定边界条件和规范要求，系统与外界的信息相互量则反映在系统边界的联系上。

在系统的实际运行中外界的条件变化是不可知的，我们可以将外界条件设立成某个变量的函数，那么就可以将不同的运行状态直接的反映出来。

在建立数学模型这一块，可以把系统分为不同的子系统，然后具体划分为最小的单元部件，在这必须考虑模型的清晰、简洁、准确、通用，模型要能反映出系统运动规律的关系式。

数学模型可以用来源于设计、测试、经验等方面的数据，它的表达方式为微分方程等。

将建立好的数学模型通过仿真软件进行转换成能够在计算机上运行的模型。

在模型调试的过程中会出现错误，要及时修改，反复测试直到模型可以正常运行符合预定的标准。

将运行的仿真模型放在所建立的仿真平台上运行，这就可以实现建模仿真的研究目的，它主要强调的是实验性质。

2、热力系统建模与仿真通过建立实际系统模型，并且利用所建模型对实际系统进行实验研究的过程就是仿真。

通过数字的运行以达到对系统运行目的的分析就是数学仿真。

现代数学仿真的优点是：经济性、灵活性、和仿真模型通用性等特点。

简述蒸汽动力装置中冷凝器的作用。

蒸汽动力装置是一种常用的能量转换装置，广泛应用于发电、汽车、船舶等领域。

在蒸汽动力装置中，冷凝器是一个关键的组件，它的作用是将蒸汽冷凝成水，从而使其重新进入锅炉回路循环使用，以提高能量利用效率。

本文将详细介绍蒸汽动力装置中冷凝器的作用及其工作原理。

冷凝器位于蒸汽动力装置的末端，位置接近于涡轮机的出口。

当蒸汽流经涡轮机后，会形成高温高压蒸汽。

这时，进入冷凝器的蒸汽会受到冷却，并逐渐转化为水。

冷凝器的作用主要有以下几个方面：1. 能量回收：冷凝器能够将蒸汽的潜热转化为热量释放出来，使其温度降低。

通过这种方式，蒸汽动力装置可以回收并再次利用蒸汽中的能量，提高能量利用效率。

冷凝器回收的热量可以用于加热液体、供暖、生活热水等用途，进一步提高能源利用效率。

2. 减压：蒸汽经过涡轮机后的压力较高，需要通过冷凝器进行降压。

冷凝器内部的管道设计使蒸汽在流动中逐渐降压，使其达到与锅炉前的压力相适应。

这种降压的过程可以保证整个系统的稳定性，减少蒸汽管道和设备的压力冲击。

3. 水循环：通过冷凝器，蒸汽被冷凝成水后，可以重新进入锅炉回路，形成循环。

这种循环可以减少水的消耗，降低成本，同时也减少了对自然水资源的需求，具有环保的优势。

冷凝器的工作原理如下：蒸汽在进入冷凝器后，首先与冷却介质（通常为冷水或冷却塔冷却水）进行热量传递，蒸汽的温度逐渐降低。

热量传递的方式通常是通过冷凝器内外表面的热传导，也可以通过喷淋装置将冷却介质喷洒到冷凝器内部，使蒸汽与冷却介质之间充分接触。

冷凝器内部通常有大量的管道，用于增加热交换面积，提高热传导效率。

此外，冷凝器内部还设置有冷凝器表面使水蒸气通过冷凝器内部的管道流动时不会形成干度过高，影响热量传递的阻塞物。

冷却介质在与蒸汽进行热量交换后，会被加热，形成热水或蒸气。

这些热水或蒸气可以再次利用，例如用于供暖或发电。

最后，蒸汽在冷凝器内部的热量传递过程中，逐渐冷凝成水。

某型舰用冷凝器动态数学模型的建立和应用

第２４卷第７期计算机仿真２００７年７月文章编号：１００６—９３４８（２００７）０７—０３３７—０５某型舰用冷凝器动态数学模型的建立和应用倪何１，程刚ｋ２，孙丰瑞１（１．海军工程大学动力工程系，湖北武汉４３００３３；２．海军工程大学装备仿真研究所，湖北武汉４３００３３）摘要：针对船用蒸汽动力装置冷凝器的基本原理，利用隐性欧拉法将冷凝器的动态工作过程由一组差分方程来表示，并在Ｍｉｎｉｓ通用仿真支撑平台软件的支持下，建立冷凝器的通用仿真模型；并对实际对象进行研究。

通过仿真试验的结果和实测值对比，证明此模型具有较好的静态精确度，并且能够真实地反映研究对象的动态特性，能够满足舰艇动力装置训练模拟器开发的要求；同时利用模型进行了冷凝器的故障特性的仿真研究，为装置的故障诊断提供了试验依据。

模型具有较强的通用性，通过参数化过程可以方便地移植到不同容量、不同类型的机组上，在电站及动力系统仿真方面具有较好的实用性和指导作用。

关键词：冷凝器；仿真；数学模型；动态特性中图分类号：ＴＫ２６４文献标识码：ＡＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａＤｙｎａｍｉｃＭａｔｈｅｍａｔｉｃＭｏｄｅｌｏｆａＮａｖａｌＣｏｎｄｅｎｓｅｒＮＩＨｅｌ，ＣＨＥＮＧａｎ９１一，ＳＵＮＦｅｎｇ—ｒｕｌ‘１（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｖａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００３３，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮａｖａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＮａｖａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００３３，Ｃｈｉｎａ）ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＡｄｙｎａｍｉｃｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｃｏｎｄｅｎｓｅｒｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｓｅｒｉｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｉｕｍｏｆｍａｓｓａｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｕｎｄｅｒＭｉｎｉｓ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｍｏｄｅｌｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｒｅａｌｏｂｊｅｃｔ，ａｎｄｃｏｎｔｒａｓｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｒｅａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｗｅｆｏｕｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｎｅｅｄｓｏｆｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｓｉｍｕｌａｔｏｒｆｏｒｐｒｅｆｅｒａｂｌｙｓｔａｔｉｃｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈ。

船舶动力系统的动态监测与优化研究案例

船舶动力系统的动态监测与优化研究案例船舶作为重要的水上交通工具，其动力系统的性能和可靠性直接关系到船舶的运行效率、安全性以及经济性。

为了确保船舶动力系统始终处于良好的运行状态，动态监测与优化技术的应用显得尤为关键。

本文将通过实际案例，深入探讨船舶动力系统的动态监测与优化方法。

一、船舶动力系统概述船舶动力系统通常由主机、传动系统、推进系统以及辅助系统等组成。

主机可以是内燃机、蒸汽机或燃气轮机等，负责产生动力；传动系统将主机的动力传递给推进系统；推进系统则推动船舶前进；辅助系统包括燃油供应、润滑、冷却等，为整个动力系统的正常运行提供保障。

不同类型的船舶，如货船、客船、油轮等，其动力系统的配置和要求也会有所差异。

例如，货船通常需要较大的功率和扭矩来承载货物，而客船则更注重舒适性和低噪音。

二、动态监测技术的应用在某大型货轮上，安装了一套先进的动力系统动态监测系统。

该系统包括传感器网络、数据采集与传输设备以及数据分析软件。

传感器网络分布在主机、传动系统和推进系统的关键部位，实时采集温度、压力、转速、扭矩等参数。

这些传感器采用了高精度、高可靠性的技术，能够在恶劣的船舶运行环境中稳定工作。

数据采集与传输设备将传感器采集到的数据进行实时处理和编码，并通过卫星通信或无线网络传输到岸上的监控中心。

在传输过程中，采用了加密和纠错技术，确保数据的安全性和准确性。

数据分析软件对接收的数据进行实时分析和处理。

通过建立数学模型和算法，能够及时发现动力系统中的异常情况，如过热、过载、磨损等，并发出预警信号。

例如，在一次航行中，监测系统发现主机的排气温度异常升高。

经过数据分析，发现是由于燃油喷射系统故障导致燃烧不完全。

船员及时采取措施，修复了燃油喷射系统，避免了可能出现的严重故障。

三、优化技术的实践为了提高船舶动力系统的性能和经济性，优化技术也得到了广泛应用。

以某油轮为例，通过对主机的燃烧过程进行优化，显著降低了燃油消耗。

首先，对主机的进气系统进行了改进，增加了进气量和进气均匀性。

蒸汽动力在船舶推进系统中的应用探究

蒸汽动力在船舶推进系统中的应用探究近年来，蒸汽动力在船舶推进系统中的应用越来越受到关注。

由于其具有高效、环保、安全等优点，逐渐成为船舶行业的研究热点。

本文将从蒸汽动力的定义、原理、优缺点、应用现状、发展前景等方面探究其在船舶推进系统中的应用。

一、蒸汽动力的定义及原理蒸汽动力是利用蒸汽发生器内的水被加热时产生的蒸汽去做功的过程，它是一种传统的热能转换工艺。

蒸汽动力的原理是利用燃烧器将燃料燃烧后加热水，产生蒸汽，再将蒸汽输送到发动机中推动机器运转。

蒸汽动力的效率取决于燃烧器的效率和发动机的效率，发动机抽取蒸汽时需要保证蒸汽是干燥无水分的状态，以保证发动机的正常使用。

二、蒸汽动力的优缺点1、优点(1)效率高：蒸汽动力的热效率高达80%，远高于传统的柴油引擎的热效率。

(2)环保：蒸汽动力只需少量燃料即可产生大量的能量，同时排放的废气也比较干净，对环境污染没有太大的影响。

(3)安全：蒸汽动力相比于内燃机更为安全，不易燃烧或爆炸。

2、缺点(1)维护成本高：蒸汽动力的维护成本比传统的柴油引擎高。

(2)启动困难：蒸汽动力需要较长时间的预热才能启动。

此外，由于蒸汽动力发动机转速较慢，所以需要较大的发动机大小才能获得较大的功率。

(3)重量较大：由于需要预留大量空间容纳蒸汽发生器和发动机，其重量比传统柴油机更重。

三、蒸汽动力在船舶推进系统中的应用现状目前，船舶行业常见的动力源多为柴油机。

然而，随着环保意识的增强和能源消耗危机不断加剧，蒸汽动力在船舶推进系统中的应用越来越受到关注。

目前国内外一些大型船舶已经开始使用蒸汽动力。

例如，英国皇家海军的伊丽莎白女王级航空母舰采用了蒸汽动力驱动系统，美国的弗吉尼亚级潜艇也采用了蒸汽动力。

此外，一些大型教学船和游轮也采用了蒸汽动力系统。

四、蒸汽动力在船舶推进系统中的应用前景蒸汽动力在船舶行业中有着广阔的应用前景。

一方面，由于其高效、环保、安全等优点，可以帮助船舶企业进一步降低运营成本，提高运营效率。

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系统随工况变化表现出很强的非线性，为船舶蒸汽动力装置冷凝器的控制策略的设计提供了这参考。
关键词：汽动力装置；蒸舰船；凝器；态特性；空气冷动漏中图分类号：６４８：Ｋ６．文献标识码：Ｕ６．１Ｔ２４１１Ａ文章编号：０６３２１）６— ４９— ５１２— ３９（００００８００
３ＨｒｉｓｔｔｏｅｈｏｏｙＨｒｉ５０Ｃｉａ．ａｂｎＩｔｕｅｆｃｎｌ，ａｂｎ１００，ｈｎ）ｎｉＴｇ１
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朱东保马俊焦晓亮乔增熙赵辉，，，，（．汉第二船舶设计研究所，１武湖北武汉４００；．军驻４１军代表室，宁葫芦岛１５０；３００２海３辽２０４
哈尔滨１００）５０１３哈尔滨工业大学，．黑龙江
过程。考虑到漏空气对换热系数影响巨大，建立了漏气和抽汽部分的数学模型。鉴于一般的传热
系数公式在应用于复杂对象上的困难和较大的误差，文采用工况试验数据反算传热系数，本然后再
采用传热系数拟合的方式解决这一问题。基于上述假设，立了冷凝器的动态模型，真分析发现建仿
（．ｕｈｎＳｃｎｈｐＤｉｎａｄＲｓａｃｎｔｕｅＷｕａ３００Ｃｉａ１ＷａｅｏｄＳｉｅｎｅｅｒｈＩｓｔ，ｈｎ４００，ｈ；ｇｉｔｎ
２．ｖｐｅｅｔｔｖｇｎｚｔｏ３１ａｔｒＨｕｕｄｏ１５０Ｃｈｎａ；ＮａｙＲｅｒｓｎａｉｅＯｒａｉａｉｎＡｔ４Ｆｃｏｙ，ｌｎａ０４，ｉ２
第２８卷，总第１４期６２１００年１月，６期１第
《节能技术》
ＥＮＥＲＧＹＣ０ＮＳＥＲＶＡＴ１０ＮＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ
Ｖｏ．８，ｕ１２Ｓｍ．Ｎｏ６．１４
Ｎｏ．０１Ｎｏ６ｖ２０，．
船舶蒸汽动力装置冷凝器动态模型研究
摘
要：舶蒸汽动力装置冷凝器压力的控制效果直接影响到动力装置的安全性。为分析各船
因素对冷凝器压力的影响程度，文建立了冷凝器的全工况数学模型。建模时舍弃了一般建模时本所作的蒸汽理想气体或多变过程的假设，用饱和蒸汽的各参数之间一一对应的关系改进了建模利