基于变量调节的船舶冷却水系统节能优化研究

摘要

船舶冷却系统是保证船舶可靠运行的总要系统之一，其的发展一直受到人们的重视。目前船舶冷却水系统主要通过PID调节控制冷却水管路中三通阀的开度实现对冷却系统温度的控制，这种控制方式虽然能到达降温的目的，但离心泵供水量始终大于设备所需冷却水量，这样将造成能量的浪费，这不符合当今节能的主题。本文即即冷却水系统节能优化为主题，通过对比不同的冷却水系统节能优化方法，选择最适合船舶冷却水系统的节能优化方法，即离心泵的变量调节。该方法根据主机运行工况变化，实时改变离心泵流量，最终达到冷却水系统节能优化的目的。
　　本文首先对冷却水系统进行简要介绍，随后选定目标船舶的冷却水系统，并对该冷却水系统进行节能优化。本文首先对冷却系统设备和管路进行建模，分别建立了冷却水系统换热量模型，中央冷却器换热模型，离心泵变速模型，管路能耗模型和换热器流体流速和离心泵流量关系模型。通过上述模型，可以将冷却系统的换热，功耗和流量联系起来。然后以这些模型为基础，建立冷却水系统的节能优化模型。该模型可根据主机运行功率和船舶所处环境，得到当前工况下，船舶冷却水系统离心泵的最佳流量和低温淡水出口的设定温度。随后，本文设定了船舶运行海况，并分别以主机额定功率和60％额定功率为例，对冷却水系统进行节能优化。通过节能优化结果可知，当主机以额定功率的100％和60％运行时，通过节能优化模型进行离心泵变量调节，冷却系统的能耗仅为设计工况下的23％和18.3％。这表明变频调节的节能效果显著。同时通过对比可知，随着主机运行功率的下降，变量调节的节能效果将上升。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究发展现状

1．3 本文主要工作内容

第二章 冷却水系统节能优化方法

2．1 冷却水系统概述

2．1．1 冷却水系统的发展

2．1．2 船舶中央冷却系统的基本形式

2．1．3 中央冷却系统的组成

2．2 冷却水系统的节能优化方法

2．3 变量调节优化方法

2．3．1 变量调节的节能原理

2．3．2 变量调节的优化方法

2．4 本章小结

第三章 冷却水系统数学模型的建立

3．1 目标船舶冷却水系统介绍

3．2 冷却系统换热量模型

3．3 换热器的热平衡模型

3．4 离心泵的变速模型

3．5 管路能耗模型

3．6 离心泵流量与换热器流速关系模型

3．7 本章小结

第四章 基于变量调节的冷却系统优化模型建立与验证

4．1 冷却水系统的节能优化模型建立

4．2 设定船舶运行工况

4．3．1 主机额定功率时运行冷却水系统节能优化

4．3．2 主机降功率航行时冷却水系统的节能优化

4．4 节能优化效果分析

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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