能耗模型改进的船舶能效评估方法研究
发布时间：2021-02-09 14:31
船舶能效状态评估的方法研究对提高船舶营运经济性具有重要意义。船舶能耗模型的优化有利于提高船舶能效评估的准确度,为提高能耗模型的精度,本文从航行工况判断、关系曲线拟合和差分进化算法等方面对能耗模型进行改进,研究了基于改进能耗模型的船舶能效优化方法,获得了精度较高的油耗预测结果,为后续的能效评估方法提供理论基础,评估结果可为航行值班人员的能效管理提供辅助决策建议。首先,以某30万吨矿砂船的船舶运行记录作为研究基础,构建航行状态识别模型,提取定速航行状态的数据,结合主成分分析及K-means聚类法对海况环境进行航行工况划分,为后续分段能耗模型的构建奠定基础。其次,考虑到传统能耗模型不能及时调整模型参数来适应船舶当前状态的问题,基于上述分段航行工况,采用理论与实测数据相结合的方式对能耗模型进行改进,并利用实测数据进行验证,针对模型中的不确定变量:如摩擦阻力系数、推力减额系数、附体阻力系数以及伴流系数,对这些系数采用差分进化算法进行全局寻优,以此来提高能耗模型的精度。最后,根据改进的能耗模型,建立了多约束条件下的分段评估营运决策模型,提出各分航段的最佳航速优化措施,从而降低船舶航次能耗,有效提高...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１螺旋桨推进特性曲线??Ｆｉｇ．?２．１?Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ?ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｃｕｒｖｅ??
行环境对船舶阻力的影响??（１）静水阻力??在计算船舶阻力时，占比最大的为静水阻力，静水阻力为三种阻力之和，静水阻力??等于摩擦阻力、剩余阻力、附体阻力之和。船舶的静水阻力尺。计算公式可以表示为：??尺《?＝去（１?＋?Ｃａｐ）（Ｃｆ?＋?Ｃｒ?〇以?（２．１）??式２．１中，＆为静水阻力；Ｃａｐ为附体阻力系数；为摩擦阻力系数，无单位；Ｃ；??为剩余阻力系数；为摩擦阻力增量系数，无单位；为船舶的湿表面积，ｍ２；?ｐ为??海水密度，蚣／ｗ３；匕为船舶的航速，ｋｎ。静水阻力计算结果如图２．２所示。??ｉ６ｐ＊?，?，?，?，?１?，?ｎ??１４?－??１３?－?Ｉ?｜?ｊ??？５１?Ｉ?Ｉ?１?Ｉ???ｉ?Ｌ－?ｕ??１０００?２０００?３０００?４０００?５０００?６０００?７０００??肮行釣擔样本序号??图２．?２静水阻力计算结果??Ｆｉｇ．?２．２?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ??（２）空气阻力??－１１?－??
航行中，水线以上部分和甲板机械等大型设备会受到空气对船舶造成的阻力??影响，一般来说也包括摩擦阻力和粘压阻力两部分，但是空气的密度和粘性系数都比水??要小，所以在实际计算中只考虑粘压阻力的部分，具体计算公式如式（２．２）：??Ｋ?＝＼ｃａＰａＡ＾?（２．２）??式（２．２）中，Ｒａ为空气阻力；Ａ，为空气中的质量密度；Ｃａ为空气阻力系数，取０．０８；??Ａｔ为船舶横剖面投影面积，水面以上部分的俯视图；匕为船舶与空气的相对速度，相??对风速的结果来自能效在线系统中提龋空气阻力计算结果如图２．３所示。??＂１０＊??１４１?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?１￣??；＿滅１！??０?１ＣＥ３０?２０Ｇ０?３０００?４０００?５０００?６０００?７０００??航行戣捤样本序号??图２．?３空气阻力计算结果??Ｆｉｇ．?２．３?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ａｉｒ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔｓ??（３）波浪增阻??船舶在航行中由于横摇和纵尧上升、下降等运动和船体遇到波浪后产生的反射水??波两种因波浪的作用而引起的波浪增阻。??目前普遍采用１ＳＯ１５０１６航速修正方法计算波浪增阻，可由式（２．３）表示：??Ｒ＾＝２＼［Ｇ｛ａ－ｘ）?Ｊ（；５（／）＾＾ｄ／?ｄａ?（２．３）??式（２．３）中，Ｇ为入射波的方向分布；ａ为入射波初始方向；ｊ为波浪入射角；??为入射波频率分布，为规则波中增阻相应函数；“为特征波高。??Ｓ?Ａ??当特征波高处于１．５？２?ｍ区间内时，可由Ｋｒｅｉｔｎｅｒ公式计算：??＾ｗ＝〇－６４＾２Ｂ：Ｃｂｐｇ／Ｌ?（２．４）??－１２?－?
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种粒子群和改进自适应差分进化混合算法及在生产调度中的应用[J]. 周艳平,蔡素,李金鹏. 计算机测量与控制. 2019(08)
[2]基于改进的K-means聚类的多区域物流中心选址算法[J]. 鲁玲岚,秦江涛. 计算机系统应用. 2019(08)
[3]基于搜索空间划分与Canopy K-means聚类的种群初始化方法[J]. 李钊,袁文浩,任崇广. 控制与决策. 2020(11)
[4]一种基于多种群协作进化的自适应差分进化算法研究[J]. 周頔. 计算机与数字工程. 2019(07)
[5]聚类差分进化算法求解多目标工艺规划与调度集成问题[J]. 杜轩,潘志成. 计算机集成制造系统. 2019(07)
[6]基于数据分析的船舶能效管理系统的设计[J]. 林俊,葛海龙,李晓陆,陆涛. 船舶. 2018(S1)
[7]船舶智能能效管理系统设计[J]. 郑洪燕,王跃,朱军. 水运管理. 2018(11)
[8]基于BP神经网络的船舶主机能效状态评估[J]. 陈伟南,黄连忠,张勇,路通. 中国舰船研究. 2018(04)
[9]船舶主机油耗模型发展现状及展望[J]. 周春斌,袁成清,张彦. 柴油机. 2017(06)
[10]一种应用数据挖掘技术评估柴油机性能的方法[J]. 孙峰,黄连忠,刘伊凡,陈伟南. 大连海事大学学报. 2017(03)
博士论文
[1]远洋船舶调度数据挖掘技术研究与应用[D]. 朱飞祥.大连海事大学 2008
硕士论文
[1]基于泊松分布K-means聚类的点云精简算法[D]. 唐泽宇.太原理工大学 2019
[2]远洋船舶分段航速优化及其智能算法研究[D]. 王寰宇.大连海事大学 2018
[3]基于主机油耗模型的船体阻力变化研究[D]. 路通.大连海事大学 2018
[4]船舶制造业能耗管理服务平台构建及数据挖掘应用研究[D]. 杨郑明.集美大学 2017
[5]船舶油耗模型研究[D]. 叶睿.上海交通大学 2015
[6]船舶大型化对航运业碳排放影响研究[D]. 尹红鑫.大连海事大学 2015
[7]国内航运企业VLCC船队发展研究[D]. 姜方荣.上海交通大学 2015
[8]船舶主机降功率节能减排技术的优化研究[D]. 王强.大连海事大学 2013
[9]船舶降速航行的经济性和排放变化分析[D]. 谢光明.大连海事大学 2009
本文编号：3025782
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１螺旋桨推进特性曲线??Ｆｉｇ．?２．１?Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ?ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｃｕｒｖｅ??
行环境对船舶阻力的影响??（１）静水阻力??在计算船舶阻力时，占比最大的为静水阻力，静水阻力为三种阻力之和，静水阻力??等于摩擦阻力、剩余阻力、附体阻力之和。船舶的静水阻力尺。计算公式可以表示为：??尺《?＝去（１?＋?Ｃａｐ）（Ｃｆ?＋?Ｃｒ?〇以?（２．１）??式２．１中，＆为静水阻力；Ｃａｐ为附体阻力系数；为摩擦阻力系数，无单位；Ｃ；??为剩余阻力系数；为摩擦阻力增量系数，无单位；为船舶的湿表面积，ｍ２；?ｐ为??海水密度，蚣／ｗ３；匕为船舶的航速，ｋｎ。静水阻力计算结果如图２．２所示。??ｉ６ｐ＊?，?，?，?，?１?，?ｎ??１４?－??１３?－?Ｉ?｜?ｊ??？５１?Ｉ?Ｉ?１?Ｉ???ｉ?Ｌ－?ｕ??１０００?２０００?３０００?４０００?５０００?６０００?７０００??肮行釣擔样本序号??图２．?２静水阻力计算结果??Ｆｉｇ．?２．２?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ??（２）空气阻力??－１１?－??
航行中，水线以上部分和甲板机械等大型设备会受到空气对船舶造成的阻力??影响，一般来说也包括摩擦阻力和粘压阻力两部分，但是空气的密度和粘性系数都比水??要小，所以在实际计算中只考虑粘压阻力的部分，具体计算公式如式（２．２）：??Ｋ?＝＼ｃａＰａＡ＾?（２．２）??式（２．２）中，Ｒａ为空气阻力；Ａ，为空气中的质量密度；Ｃａ为空气阻力系数，取０．０８；??Ａｔ为船舶横剖面投影面积，水面以上部分的俯视图；匕为船舶与空气的相对速度，相??对风速的结果来自能效在线系统中提龋空气阻力计算结果如图２．３所示。??＂１０＊??１４１?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?１￣??；＿滅１！??０?１ＣＥ３０?２０Ｇ０?３０００?４０００?５０００?６０００?７０００??航行戣捤样本序号??图２．?３空气阻力计算结果??Ｆｉｇ．?２．３?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ａｉｒ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔｓ??（３）波浪增阻??船舶在航行中由于横摇和纵尧上升、下降等运动和船体遇到波浪后产生的反射水??波两种因波浪的作用而引起的波浪增阻。??目前普遍采用１ＳＯ１５０１６航速修正方法计算波浪增阻，可由式（２．３）表示：??Ｒ＾＝２＼［Ｇ｛ａ－ｘ）?Ｊ（；５（／）＾＾ｄ／?ｄａ?（２．３）??式（２．３）中，Ｇ为入射波的方向分布；ａ为入射波初始方向；ｊ为波浪入射角；??为入射波频率分布，为规则波中增阻相应函数；“为特征波高。??Ｓ?Ａ??当特征波高处于１．５？２?ｍ区间内时，可由Ｋｒｅｉｔｎｅｒ公式计算：??＾ｗ＝〇－６４＾２Ｂ：Ｃｂｐｇ／Ｌ?（２．４）??－１２?－?
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种粒子群和改进自适应差分进化混合算法及在生产调度中的应用[J]. 周艳平,蔡素,李金鹏. 计算机测量与控制. 2019(08)
[2]基于改进的K-means聚类的多区域物流中心选址算法[J]. 鲁玲岚,秦江涛. 计算机系统应用. 2019(08)
[3]基于搜索空间划分与Canopy K-means聚类的种群初始化方法[J]. 李钊,袁文浩,任崇广. 控制与决策. 2020(11)
[4]一种基于多种群协作进化的自适应差分进化算法研究[J]. 周頔. 计算机与数字工程. 2019(07)
[5]聚类差分进化算法求解多目标工艺规划与调度集成问题[J]. 杜轩,潘志成. 计算机集成制造系统. 2019(07)
[6]基于数据分析的船舶能效管理系统的设计[J]. 林俊,葛海龙,李晓陆,陆涛. 船舶. 2018(S1)
[7]船舶智能能效管理系统设计[J]. 郑洪燕,王跃,朱军. 水运管理. 2018(11)
[8]基于BP神经网络的船舶主机能效状态评估[J]. 陈伟南,黄连忠,张勇,路通. 中国舰船研究. 2018(04)
[9]船舶主机油耗模型发展现状及展望[J]. 周春斌,袁成清,张彦. 柴油机. 2017(06)
[10]一种应用数据挖掘技术评估柴油机性能的方法[J]. 孙峰,黄连忠,刘伊凡,陈伟南. 大连海事大学学报. 2017(03)
博士论文
[1]远洋船舶调度数据挖掘技术研究与应用[D]. 朱飞祥.大连海事大学 2008
硕士论文
[1]基于泊松分布K-means聚类的点云精简算法[D]. 唐泽宇.太原理工大学 2019
[2]远洋船舶分段航速优化及其智能算法研究[D]. 王寰宇.大连海事大学 2018
[3]基于主机油耗模型的船体阻力变化研究[D]. 路通.大连海事大学 2018
[4]船舶制造业能耗管理服务平台构建及数据挖掘应用研究[D]. 杨郑明.集美大学 2017
[5]船舶油耗模型研究[D]. 叶睿.上海交通大学 2015
[6]船舶大型化对航运业碳排放影响研究[D]. 尹红鑫.大连海事大学 2015
[7]国内航运企业VLCC船队发展研究[D]. 姜方荣.上海交通大学 2015
[8]船舶主机降功率节能减排技术的优化研究[D]. 王强.大连海事大学 2013
[9]船舶降速航行的经济性和排放变化分析[D]. 谢光明.大连海事大学 2009
本文编号：3025782
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