12000hp油服船海水冷却系统监控与仿真开发(附件)【字数：12405】
摘 要摘 要海水冷却系统作为主机冷却系统重要一环是保障主机正常运行的重要辅助系统。海水冷却系统通过海水外循环带走由淡水冷却系统带来的热量，通过降低淡水冷却水水温，从而避免了燃油燃烧产生的多余热量的累积造成主机温度过高，从而使得缸体及部件金属疲劳脆化以及润滑油的变质与失效。因此，海水冷却系统性能的优劣直接影响到船舶主机的工作性能，间接影响了整条船舶的性能好坏。因此，想要改善主机的工作环境，充分的发挥和优化船舶主机海水冷却系统的性能，就需要了解其工作过程中的动态过程，包括水力特性，和热力特性。计算机技术在仿真系统中的应用尤为广泛，MATLAB软件是当今最为流行的计算机建模仿真工具[1]。在MATLAB软件的仿真系统中，可以实现对海水冷却系统的模拟和跟踪研究。具有较好的研究意义。本文基于江苏科技大学12000HP油服船项目的海水冷却系统，以热力学和水力学的相关理论为基础，通过海水管路淡水管路的分析可以得到海水冷却系统的热力数学模型以及水力学数学模型。MATLAB中的SIMULINK工具可以根据数学模型建立仿真模块，将仿真所得出结果对比已知数据，检查仿真模型的正确性，从而可以在不同工况条件下仿真出海水冷却系统的工作状态。这就为今后在冷却系统的设计提供了一个较为方便的实验工具，对海水冷却系统的工作效能有了一个直观的比较。当数学模型正确建立时，仿真模块合理准确的建立后，为了使整套系统具有可操作性和直观的交互界面，通过利用Access建立数据库作为仿真数据的中转站，将WebAccess与simulink模块连接起来，在WebAccess软件中设计出简洁美观的界面，用于读取仿真系统输出的数据即所需监测数据，以及切换按钮。最终达到对仿真的实时监测，以及通过对WebAccess的操作实现对仿真模块的控制。关键词海水冷却系统；主机；低温淡水；建模；仿真；
目录
第一章 绪论 1
1.1选题的背景和意义 1
1.2国内外研究动态 2
1.2.1建模与仿真的国内外动态 2
1.2.2海水冷却系统的国内外研究动态 4
第二章 海水冷却水系统的管路水力数学模型 6
2.1海水冷却系统的组成 6
2.2计算原理 6
2.3管路水力计算 7
2.3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
1沿程损失的计算 8
2.3.2局部损失计算 9
2.3.3串联管路等效阻力系数 9
2.3.4并联管路等效阻力系数 10
2.4泵的特性曲线 11
2.5运用MATLAB对曲线进行拟合 11
第三章 海水冷却系统的热力学模型 13
3.1 1200HP油服船项目简介 13
3.2低温淡水热力学模型 16
3.3中央冷却器热力学数学模型 16
3.4 PID控制 20
3.4.1 PID控制原理 20
3.4.2低温淡水管道三通阀温度控制系统数学模型 21
第四章 基于SIMULINK的海水冷却系统仿真与监测 22
4.1 SIMULINK仿真模型的建立 22
4.2 PID控制模型 24
4.3仿真结果分析对比 25
第五章 海水冷却系统可视化界面的设计与制作 29
5.1 Simulink与Access数据库的连接 29
5.2 Simulink与Access数据库的连接操作 30
5.3 Access表的创建 32
5.4 visual studio 2008 与 Access表的连接。 33
5.5 WebAccess监控界面的建立。 33
5.5.1 WebAccess与Access数据库的连接 33
5.5.2 WebAccess监控界面的建立 34
总结与展望 39
致 谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
随着船舶设计越来越成熟，现代远洋船舶冷却系统也经历了重大的变革，开式海水系统以及闭式淡水冷却系统已经逐渐不适应船舶发展的需要，并被逐渐淘汰。早在上世纪主机厂以及船舶轮机设计师就已经开始将海水和淡水结合冷却的方式运用到船舶冷却中，即中央冷却系统，相比传统的冷却系统，中央冷却系统有着更好的适应性和安全性，航运的发达使得海洋运输的发展愈加旺盛，除去内河船只外大部分船舶运行在海洋当中，众所周知海水由于电解质浓度高，对钢质船舶的腐蚀性很强，如果采用传统冷却方式则会直接导致主机及冷却管路的快速腐蚀，影响船舶的安全性。中央海水冷却系统，采用的是闭式淡水冷却循环系统和开式海水冷却系统的复合。淡水由于其杂质少无腐蚀性可作为主机等的冷却水，又因为海上航行船舶的淡水供应量有限，不可能设计成开式系统，故采用闭式循环。海水冷却系统依靠取之不尽的舷外海水冷却。这样设计的好处在于避免海水直接接触到主机，减少了腐蚀所引起的各种问题。提高了系统和各种主辅设备的安全可靠性以及寿命[2]。目前海水冷却系统主要存在的问题是控制的精度和灵敏度，如何使得海水带走的热量保持在一个合适的范围内，从而维持主机在不同工况下都能有一个良好的工作温度。所以对海水冷却系统的研究仍然是一个重要的课题，仿真与建模则是很好的方法，它能够很好的帮助我们去了解优化冷却系统。
1.1选题的背景和意义
海水冷却系统是主机冷却系统不可分割的一个部分，作为余热排出的重要环节，海水冷却系统所起到的作用至关重要。海水系统的设计要具有可靠性，可操控性，容量大冷却范围广几个特点，海水冷却系统是唯一的主机余热余外界交换的窗口，要能够随工况变化满足热量传递的要求。避免由于热量的累积，导致淡水温度上升从而使得主机温度攀升，导致机体与零部件发生过热现象，由材料的特性可知，在发生过热情况下，金属材料会发生疲劳脆化，滑油系统也会发生变质失效甚至是在气缸内形成积碳，损伤主机[3]。另一方面主机的过热也会降低柴油机的工作效率，使得充能系数下降，造成燃油的浪费，这对于用户来说既是降低了经济效益。但主机温度倘若过低，则同样会产生负面的影响例如工作粗暴、CO和CH排放增加，热损失和摩擦损失增加，尤其是气缸的摩擦损失会成倍的增加[4]。冷却系统对主机的合理冷却有助于减轻缸套的磨损，故船舶主机冷却系统的性能优劣直接影响到整条船的工作性能，和运营效率。海水冷却系统作为其中重要一环承担了将多余热量与外界交换的重要使命，在设计之初就要充分考虑海水冷却系统在热量传递过程中的重要作用，淡水系统是一个封闭的循环想要进行重大的改动往往比较复杂，而对于海水系统而言则往往易于实现，想要充分发挥主机冷却性能，并优化和改进，必然要对海水冷却系统进行分析和研究，了解它工作的动态过程。
由于本次内容为毕业设计，若采用实物进行研究，则会造成花费巨大，并且在短时间内无法操作，对于毕业设计而言并不合适，不过随着计算机仿真系统的功能愈加齐全，用计算机对研究对象进行模拟实验的方法越来越多，尽管这与实物实验会存在一定偏差，但在定性研究上却有难以替代的优势，这对于本科毕业设计而言非常重要。
仿真系统是计算机技术在科学研究领域的一项重大应用，通过对现实系统的分析，结合逻辑关系以及理论知识建立起研究对象各要素间相互关系的模型，计算机的应用就在于为研究人员提供一个很好的工具，在模型建立正确的基础上，使用计算机已有的程序和模块便能够准确的对模型进行验算，和分析得出直观的结果。
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第一章 绪论 1
1.1选题的背景和意义 1
1.2国内外研究动态 2
1.2.1建模与仿真的国内外动态 2
1.2.2海水冷却系统的国内外研究动态 4
第二章 海水冷却水系统的管路水力数学模型 6
2.1海水冷却系统的组成 6
2.2计算原理 6
2.3管路水力计算 7
2.3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
1沿程损失的计算 8
2.3.2局部损失计算 9
2.3.3串联管路等效阻力系数 9
2.3.4并联管路等效阻力系数 10
2.4泵的特性曲线 11
2.5运用MATLAB对曲线进行拟合 11
第三章 海水冷却系统的热力学模型 13
3.1 1200HP油服船项目简介 13
3.2低温淡水热力学模型 16
3.3中央冷却器热力学数学模型 16
3.4 PID控制 20
3.4.1 PID控制原理 20
3.4.2低温淡水管道三通阀温度控制系统数学模型 21
第四章 基于SIMULINK的海水冷却系统仿真与监测 22
4.1 SIMULINK仿真模型的建立 22
4.2 PID控制模型 24
4.3仿真结果分析对比 25
第五章 海水冷却系统可视化界面的设计与制作 29
5.1 Simulink与Access数据库的连接 29
5.2 Simulink与Access数据库的连接操作 30
5.3 Access表的创建 32
5.4 visual studio 2008 与 Access表的连接。 33
5.5 WebAccess监控界面的建立。 33
5.5.1 WebAccess与Access数据库的连接 33
5.5.2 WebAccess监控界面的建立 34
总结与展望 39
致 谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
随着船舶设计越来越成熟，现代远洋船舶冷却系统也经历了重大的变革，开式海水系统以及闭式淡水冷却系统已经逐渐不适应船舶发展的需要，并被逐渐淘汰。早在上世纪主机厂以及船舶轮机设计师就已经开始将海水和淡水结合冷却的方式运用到船舶冷却中，即中央冷却系统，相比传统的冷却系统，中央冷却系统有着更好的适应性和安全性，航运的发达使得海洋运输的发展愈加旺盛，除去内河船只外大部分船舶运行在海洋当中，众所周知海水由于电解质浓度高，对钢质船舶的腐蚀性很强，如果采用传统冷却方式则会直接导致主机及冷却管路的快速腐蚀，影响船舶的安全性。中央海水冷却系统，采用的是闭式淡水冷却循环系统和开式海水冷却系统的复合。淡水由于其杂质少无腐蚀性可作为主机等的冷却水，又因为海上航行船舶的淡水供应量有限，不可能设计成开式系统，故采用闭式循环。海水冷却系统依靠取之不尽的舷外海水冷却。这样设计的好处在于避免海水直接接触到主机，减少了腐蚀所引起的各种问题。提高了系统和各种主辅设备的安全可靠性以及寿命[2]。目前海水冷却系统主要存在的问题是控制的精度和灵敏度，如何使得海水带走的热量保持在一个合适的范围内，从而维持主机在不同工况下都能有一个良好的工作温度。所以对海水冷却系统的研究仍然是一个重要的课题，仿真与建模则是很好的方法，它能够很好的帮助我们去了解优化冷却系统。
1.1选题的背景和意义
海水冷却系统是主机冷却系统不可分割的一个部分，作为余热排出的重要环节，海水冷却系统所起到的作用至关重要。海水系统的设计要具有可靠性，可操控性，容量大冷却范围广几个特点，海水冷却系统是唯一的主机余热余外界交换的窗口，要能够随工况变化满足热量传递的要求。避免由于热量的累积，导致淡水温度上升从而使得主机温度攀升，导致机体与零部件发生过热现象，由材料的特性可知，在发生过热情况下，金属材料会发生疲劳脆化，滑油系统也会发生变质失效甚至是在气缸内形成积碳，损伤主机[3]。另一方面主机的过热也会降低柴油机的工作效率，使得充能系数下降，造成燃油的浪费，这对于用户来说既是降低了经济效益。但主机温度倘若过低，则同样会产生负面的影响例如工作粗暴、CO和CH排放增加，热损失和摩擦损失增加，尤其是气缸的摩擦损失会成倍的增加[4]。冷却系统对主机的合理冷却有助于减轻缸套的磨损，故船舶主机冷却系统的性能优劣直接影响到整条船的工作性能，和运营效率。海水冷却系统作为其中重要一环承担了将多余热量与外界交换的重要使命，在设计之初就要充分考虑海水冷却系统在热量传递过程中的重要作用，淡水系统是一个封闭的循环想要进行重大的改动往往比较复杂，而对于海水系统而言则往往易于实现，想要充分发挥主机冷却性能，并优化和改进，必然要对海水冷却系统进行分析和研究，了解它工作的动态过程。
由于本次内容为毕业设计，若采用实物进行研究，则会造成花费巨大，并且在短时间内无法操作，对于毕业设计而言并不合适，不过随着计算机仿真系统的功能愈加齐全，用计算机对研究对象进行模拟实验的方法越来越多，尽管这与实物实验会存在一定偏差，但在定性研究上却有难以替代的优势，这对于本科毕业设计而言非常重要。
仿真系统是计算机技术在科学研究领域的一项重大应用，通过对现实系统的分析，结合逻辑关系以及理论知识建立起研究对象各要素间相互关系的模型，计算机的应用就在于为研究人员提供一个很好的工具，在模型建立正确的基础上，使用计算机已有的程序和模块便能够准确的对模型进行验算，和分析得出直观的结果。
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