大型集裝箱船能效建模與仿真研究.pdf

1、分類號(hào) 密 級(jí)UDC 學(xué)校代碼 10497學(xué) 位 論 文題 目 大型集裝箱船能效建模與仿真研究英 文 The Modeling and Simulation Analysis of Large題 目 Containership Energy Efficiency研究生姓名 周科姓名 陳輝 職稱 教授 學(xué)位 博士單位名稱 能源與動(dòng)力工程學(xué)院 郵編 430063申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 碩士 學(xué)科專業(yè)名稱 輪機(jī)工程論文提交日期 2017.3 論文答辯日

2、期 2017.5學(xué)位授予單位 武漢理工大學(xué) 學(xué)位授予日期答辯委員會(huì)主席 孫俊 評(píng)閱人教育部學(xué)位中心盲審教育部學(xué)位中心盲審2017 年 5 月指導(dǎo)教師武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文I摘 要隨著全球?qū)厥覛怏w排放問題的愈發(fā)重視，作為溫室氣體排放大戶的航運(yùn)業(yè)，承受著越來(lái)越大的壓力。為促進(jìn)船舶節(jié)能減排，國(guó)際海事組織提出船舶能效營(yíng)運(yùn)指數(shù)，并將其作為評(píng)價(jià)船舶能效水平的最新標(biāo)準(zhǔn)。本文以某 8063TEU 集裝箱船為目標(biāo)船，根據(jù) EEOI 的物理含義，基于模

3、塊化建模的思想，建立目標(biāo)船能效系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，基于 MATLAB/Simulink 軟件建立仿真模型，深入研究分析航速、載貨量、航程、停港時(shí)間以及風(fēng)浪對(duì)目標(biāo)船EEOI 的影響，并研究分析基于航速和航線優(yōu)化對(duì) EEOI 的降低效果，為提高船舶能效水平指明一種優(yōu)化方法。首先建立目標(biāo)船推進(jìn)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，具體包括主機(jī)、螺旋槳、船機(jī)槳匹配的數(shù)學(xué)模型，對(duì) EEOI 計(jì)算公式進(jìn)行變形推導(dǎo)，根據(jù)各物理量之間關(guān)系構(gòu)成完整的目標(biāo)船能效系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，從而確定航

4、速、載貨量、航程、停港時(shí)間以及風(fēng)浪阻力與目標(biāo)船 EEOI 之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。然后利用 MATLAB/Simulink 軟件建立目標(biāo)船能效系統(tǒng)仿真模型，根據(jù)目標(biāo)船的試航數(shù)據(jù)和營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)對(duì)模型的正確性與精度進(jìn)行驗(yàn)證。最后對(duì)目標(biāo)船 EEOI 的影響因素進(jìn)行研究。仿真結(jié)果表明：降低航速和增加載貨量能有效降低 EEOI，增加航程和減少停港時(shí)間能降低 EEOI但效果不明顯，EEOI 對(duì)航速的變化敏感性最高，載貨量次之，對(duì)航程和停港時(shí)間變化的敏感性較低；

5、定轉(zhuǎn)速情況下，逆風(fēng)和頂浪航行會(huì)使 EEOI 增加，順風(fēng)航行會(huì)降低 EEOI，影響程度隨著風(fēng)阻和波浪增阻的增加而變大；在載貨量確定的情況下，仿真優(yōu)化后目標(biāo)船該航次在航速為 21kn、20kn、19kn 時(shí) EEOI 分別降低了 14.46%、 18.76%、 23.58%， 同時(shí)整個(gè)航次燃油分別節(jié)省了 411.11t、 617.75t、849.76t，采取降低航速和優(yōu)化航線的聯(lián)合優(yōu)化策略能明顯降低目標(biāo)船 EEOI，使其能效水平明顯提高。本