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专利号: 2022107224421
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种船舶柴油‑水基甲醇双燃料供给控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

(1)建立船舶动力实时匹配数据库,存储和调用船舶动力实时匹配计算结果及混合燃料燃烧特性仿真试验结果;其中所述数据库存储和调用模型仿真有关的所有数据包括:船舶智能匹配参数、螺旋桨智能匹配参数、主机智能匹配参数、海情海况和各海域污染排放要求;

(2)通过船舶动力实时匹配方法,基于CFD模拟计算船舶阻力及螺旋桨推力,应用PSO算法进行多目标优化得到兼顾经济性指标和排放指标的船舶主机功率;

所述步骤(2)具体包括:

(2.1)基于Rhino软件,依据船舶的横剖线图、半宽水线图、纵剖线图进行船体建模;

(2.2)通过CFD软件STAR‑CCM+模拟计算不同工况船舶阻力及螺旋桨推力;

(2.3)利用敞水特性曲线回归拟合方法分析柴油‑水基甲醇船启动、加速、减速、多桨复杂工况下船舶动力匹配特性,基于推力平衡和转矩平衡关系进行匹配设计,通过改变航速得到对应航速下的船舶有效功率;

(2.4)利用不同工况下螺旋桨效率最大时的船舶有效功率绘制有效功率曲线,与给定船舶有效功率曲线的交点为设计工况点,所述设计工况点用于多目标优化模型的函数拟合;

(2.5)建立船舶动力匹配多目标优化模型,所述多目标优化模型以最大化燃烧放热率和最小化NOx排放量为目标函数;

(2.6)采用多目标优化算法PSO对上述多目标优化模型进行求解,得到兼顾燃烧放热率最大化和NOx排放最小化的最优功率点;

(3)基于AVL FIRE进行柴油‑水基甲醇混合燃料燃烧特性仿真试验得到不同配比燃料的动力特性;

(4)根据不同工况及污染排放要求下的转矩、转速从数据库中调用适合的主机工作模式,将信号传递给燃料供给系统的电子控制单元;

(5)电子控制单元根据信号控制甲醇燃料混合比例和喷入量,并通过甲醇和水混合降低水基甲醇的热值。

2.根据权利要求1所述的船舶柴油‑水基甲醇双燃料供给控制方法,其特征在于,所述步骤(3)包括:建立柴油机几何模型,通过AVL FIRE软件中workflow模块对燃烧室进行网格划分,然后选取合适的初始条件、边界条件和各种计算子模型,从而建立柴油机燃烧模型,基于柴油机燃烧模型进行混合燃料的燃烧过程模拟,得到不同混合条件下的燃烧特性。

3.根据权利要求2所述的船舶柴油‑水基甲醇双燃料供给控制方法,其特征在于,所述混合燃料的燃烧过程模拟包括:仿真燃料分别为纯柴油、柴油‑甲醇混合燃料和柴油‑水基甲醇混合燃料,根据加入不同质量分数甲醇形成若干组柴油‑甲醇混合燃料,在每一组柴油‑甲醇混合燃料中加入不同质量分数水形成若干组柴油‑水基甲醇混合燃料,运用ESE Diesel模块对所述燃料进行燃烧仿真,分析研究不同燃料燃烧时缸内压力、温度、放热率、排放物浓度和发动机功率。

4.一种船舶柴油‑水基甲醇双燃料供给系统,用于执行如权利要求1所述的船舶柴油‑水基甲醇双燃料供给控制方法,其特征在于,包括:上位机、燃料供给系统,所述上位机中建立有船舶动力实时匹配数据库,存储和调用船舶动力实时匹配计算结果及混合燃料燃烧特性仿真试验结果,其中船舶动力实时匹配计算结果是基于CFD模拟计算船舶阻力及螺旋桨推力,应用PSO算法进行多目标优化得到的兼顾经济性指标和排放指标的船舶主机功率;混合燃料燃烧特性仿真试验结果是基于AVL FIRE进行柴油‑水基甲醇混合燃料燃烧特性仿真试验得到的不同配比燃料的动力特性;所述上位机根据不同转矩、转速要求从数据库中调用适合的主机工作模式,将信号传递给燃料供给系统的电子控制单元,电子控制单元根据信号控制甲醇燃料混合比例和喷入量,并通过甲醇和水混合降低水基甲醇的热值。

5.根据权利要求4所述的船舶柴油‑水基甲醇双燃料供给系统,其特征在于,所述燃料供给系统包括燃油供给系统和水基甲醇供给系统,所述水基甲醇供给系统包括甲醇罐、喷醇器、甲醇ECU、水罐、水ECU、甲醇泵、限压阀、甲醇喷射阀,在混合燃烧模式下,甲醇ECU和水ECU从上位机接收指令信号,根据工作模式要求按比例喷射甲醇和水,甲醇和水进行混合,然后打开喷醇器并向甲醇喷射阀发出喷射指令。