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基本信息
- 項目名稱：
- 船舶制冷與空調(diào)系統(tǒng)的建模仿真和虛擬現(xiàn)實
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 船舶制冷和空調(diào)系統(tǒng)是船舶的重要輔助設(shè)備，是設(shè)備正常運(yùn)行的保障，也能夠有效改善人們生活和工作環(huán)境，以及衛(wèi)生條件。建立能準(zhǔn)確反映船舶空調(diào)和制冷系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型對系統(tǒng)的運(yùn)行控制、仿真和性能分析，以及實驗室的建設(shè)都有重要意義。
- 詳細(xì)介紹：
- 本文以“某某”輪的船舶制冷和空調(diào)系統(tǒng)為參考對象，通過用分布參數(shù)模型建立建立蒸發(fā)器和冷凝器，用集中參數(shù)模型建立壓縮機(jī)和膨脹閥數(shù)學(xué)模型的方法，分別建立了空調(diào)制冷工況和制熱工況時冷水機(jī)組以及空調(diào)室負(fù)荷工況的數(shù)學(xué)模型，以及總的模型的矩陣方程式，并通過引入冷凝器進(jìn)口制冷劑焓值 未知量，改進(jìn)了算法，然后以Matlab為仿真工具，進(jìn)行了仿真計算，與實船測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析。驗證了計算精度和仿真實時性有很大提高。 基于，通過建立龍格庫塔解微分算法，調(diào)用船舶制冷和空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，以及仿實船制冷和空調(diào)系統(tǒng)的PLC控制程序流程的運(yùn)行邏輯關(guān)系和條件的方法，研發(fā)了船舶制冷和空調(diào)模擬器。并基于virtools三維仿真軟件實現(xiàn)了三維視景的漫游，及其和二維模擬器之間的通訊和交互，并通過對空調(diào)和制冷設(shè)備進(jìn)行選型、邏輯功能設(shè)計。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：船舶制冷與空調(diào)模擬器以及三維場景虛擬仿真主要用于學(xué)校和海員培訓(xùn)中心對學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)和考核，使被培訓(xùn)人員能在與實船相似的場所下，進(jìn)行反復(fù)多次的試驗運(yùn)行。思路：基于某某輪的船舶空調(diào)系統(tǒng)為對象，研究空調(diào)器的模型，及仿真技術(shù)，仿真結(jié)果與實船檢測數(shù)據(jù)相比較，并用于輪機(jī)模擬器空調(diào)系統(tǒng)的研發(fā)。技術(shù)指標(biāo)：操作面板進(jìn)行各項手動、自動操作；顯示重要參數(shù)的動態(tài)趨勢圖；實現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)的虛擬場景。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)先進(jìn)性：在WINDOWS操作系統(tǒng)下，運(yùn)用Visual C#.net集成開發(fā)環(huán)境，對硬件和使用環(huán)境沒有特殊要求，在岸上和船上都可進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，非常適合學(xué)員自學(xué)和隨時訓(xùn)練；有較強(qiáng)的真實感，操作真實性強(qiáng)。本文并新建了水冷螺桿冷水機(jī)組的動態(tài)模型，提出了標(biāo)準(zhǔn)螺桿冷水機(jī)組的動態(tài)模型的改進(jìn)算法，研發(fā)了船舶空調(diào)模擬器，以及基于三維軟件Virtools進(jìn)行了場景虛擬仿真.使被培訓(xùn)人員能在與實船相似的場所下，進(jìn)行反復(fù)多次的試驗運(yùn)行.取代耗資巨大的物理模擬和實物試驗，充分發(fā)揮資源無限性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 圖紙,現(xiàn)場演示,圖片,其它
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本作品具有較強(qiáng)的真實感，界面友好，易于操作。由于采用基于軟件的虛擬設(shè)備代替實際設(shè)備，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性，能夠在保證較好的逼真度的前提下大幅度地提高仿真訓(xùn)練的輔助教學(xué)功能。本軟件仿真系統(tǒng)能夠適合有實船操作經(jīng)驗和無實船操作經(jīng)驗的輪機(jī)管理人員的培訓(xùn)需要。
同類課題研究水平概述
- 在本世紀(jì)70年代以前，就己有研究者通過簡單的方法對制冷空調(diào)裝置的流程進(jìn)行模擬和分析。到本世紀(jì)80年代初，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，國際上有學(xué)者開始通過建立復(fù)雜的微分方程組、應(yīng)用計算機(jī)編程技術(shù)開展制冷空調(diào)裝置系統(tǒng)性能的計算機(jī)模擬和預(yù)測研究工作。隨著對制冷系統(tǒng)研究的進(jìn)一步加深和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，近幾十年來，國際上許多著名大學(xué)和大型制冷企業(yè)的研究開發(fā)部門，德國、日本、荷蘭、丹麥、美國等國家均有人開展這方面的工作，如美國杜邦公司仿真部、美國Profimations公司等已經(jīng)將動態(tài)仿真技術(shù)大量應(yīng)用于過程系統(tǒng)設(shè)計，并取得了一定的研究成果.在國內(nèi)，上海交通大學(xué)、清華大學(xué)等許多高校均開展了制冷空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)過程建模與仿真方面的理論研究和技術(shù)開發(fā)工作，特別是在蒸汽壓縮式制冷空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、仿真、試驗、優(yōu)化和控制等相關(guān)領(lǐng)域均取得了許多十分有價值的研究成果。 至于船舶制冷和空調(diào)系統(tǒng)模擬器的研發(fā)，船舶制冷和空調(diào)系統(tǒng)模擬器是用計算機(jī)仿真的方法將實船使用的控制箱體、模擬設(shè)備進(jìn)行展示，模擬實船制冷和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備及其操作控制功能。由于它是一種培訓(xùn)現(xiàn)代遠(yuǎn)洋輪機(jī)人員經(jīng)濟(jì)、安全、高效的設(shè)施之一，國際海事組織(IMO)在STOW 78/ 95公約中已將其列人船員培訓(xùn)的必備條件之一，并對船舶制冷和空調(diào)系統(tǒng)模擬器的一般性能標(biāo)準(zhǔn)和建議性標(biāo)準(zhǔn)做了詳細(xì)規(guī)定。我國輪機(jī)模擬器的研制起步較晚，條件差，但研究起點(diǎn)高，發(fā)展很快，但是目前國內(nèi)外輪機(jī)模擬器主要是對發(fā)電機(jī)、主柴油機(jī)、推進(jìn)系統(tǒng)及其輔助動力系統(tǒng)等主要系統(tǒng)建立全功能仿真模型，而對空調(diào)器及制冷機(jī)組子系統(tǒng)的建模及仿真則比較少、不完善，整個船舶制冷和空調(diào)裝置的數(shù)學(xué)物理模型及其對動態(tài)過程的分析和顯示均較為簡單。以世界比較著名的公司為例，挪威NORCON公司和英國船商公司都是世界最著名研發(fā)模擬器公司之一，前者生產(chǎn)的輪機(jī)模擬器不包括船舶制冷和空調(diào)子系統(tǒng)，僅有一個帶兩個庫的冷藏子系統(tǒng)，仿真運(yùn)算時運(yùn)行速度緩慢，蒸發(fā)冷凝壓力等重要參數(shù)值不能實時顯示；而后者研發(fā)的船舶制冷和空調(diào)子系統(tǒng)只包括一個界面，系統(tǒng)蒸發(fā)冷凝壓力等重要參數(shù)值也不能實時顯示，而且空調(diào)室是以冷劑而不是以冷水為介質(zhì)進(jìn)行換熱，即不以冷水機(jī)組為模型建立空調(diào)和制冷系統(tǒng)。國內(nèi)對船舶制冷和空調(diào)模擬仿真系統(tǒng)研究也比較匱乏，深度還不夠，而且還沒有發(fā)現(xiàn)以冷水機(jī)組為模型的仿真系統(tǒng)。
