基于流体网络的船舶蒸汽动力系统动态性能研究

摘要

船舶蒸汽动力系统是船舶的动力之源，其性能的优劣将直接影响全船的可靠性和机动性。蒸汽动力系统配置繁杂、存在复杂的耦合关系、系统调试工作量大，当前对蒸汽动力系统的研究多集中在石油化工领域，缺少对船舶蒸汽动力系统的动态仿真研究。本文通过流体网络仿真技术，对船舶蒸汽动力系统中建立仿真模型，并采用实验数据对设备特性进行修正，对船舶蒸汽动力系统变工况的动态性能进行分析。
　　本文针对增压燃烧的特点，考虑了对流换热因素在炉膛计算中的影响，通过正反平衡校核对锅炉效率进行动态计算，实现了变工况下的增压锅炉传热计算。涡轮增压机组计算时针对压气机和烟气涡轮的工作特性，结合流体网络的计算特点对涡轮增压机组进行变工况计算。增压锅炉及涡轮增压机组模块利用FORTRAN语言编程，并入流体网络计算，将各部分模块按照实际蒸汽动力系统进行连接，在 GSE仿真平台上完成了蒸汽动力系统仿真模型的搭建。
　　通过蒸汽动力系统主要设备的关键参数的仿真结果与实验数据进行对比，对系统的仿真模型进行稳态及动态验证，证明所建的蒸汽动力系统仿真模型能够进行蒸汽动力系统的稳态及动态特性准确描述。
　　利用所建立的仿真模型对船用蒸汽动力系统各典型工况进行动态试验研究，蒸汽动力系统主要参数的响应规律合理，主要设备与辅助设备在变负荷时能够良好匹配，在大扰动情况下能够迅速稳定，系统惯性能够满足实时仿真的需求，仿真模型的动态趋势能够合理解释蒸汽动力系统的动态特性。研究发现降负荷时的稳定时间普遍要比升负荷时稳定时间长，在变负荷时剧烈波动情况下，部分参数响应会出现超调，需要控制策略的进一步优化。研究结论对蒸汽动力系统的后续研究奠定了基础，对于控制策略的制定、运行优化及培训提供技术借鉴。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状

1.3 课题研究目的与意义

1.4 课题研究内容

第2章 研究对象介绍及模型

2.1船舶蒸汽动力系统组成及工作原理

2.2模块划分

2.3流体网络模型

2.4本章小结

第3章 仿真系统建立及模型验证

3.1仿真支撑平台

3.2仿真模型的建立

3.3仿真模型的验证

3.4 本章小结

第4章 蒸汽动力系统动态仿真及分析

4.1环境温度对增压锅炉的影响

4.2蒸汽动力系统升负荷仿真试验

4.3蒸汽动力系统降负荷仿真试验

4.4倒车工况仿真试验

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢