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。建立能準確反映船舶空調(diào)和制冷系統(tǒng)的數(shù)學模型對系統(tǒng)的運行控制、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)模型建立壓縮機和膨脹閥數(shù)學模型的方法，分別建立了空調(diào)制冷工況和制熱工況時冷水機組以及空調(diào)室負荷工況的數(shù)學模型，以及總的模型的矩陣方程式，并通過引入冷凝器進口制冷劑焓值 未知量，改進了算法，然后以Matlab為仿真工具，進行了仿真計算，與實船測試數(shù)據(jù)進行了對比分析。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、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 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校和海員培訓中心對學員進行培訓和考核，使被培訓人員能在與實船相似的場所下，進行反復多次的試驗運行。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，并用于輪機模擬器空調(diào)系統(tǒng)的研發(fā)。技術(shù)指標：操作面板進行各項手動、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。
科學性、先進性
- 科學先進性：在WINDOWS操作系統(tǒng)下，運用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行學習訓練，非常適合學員自學和隨時訓練；有較強的真實感，操作真實性強。本文并新建了水冷螺桿冷水機組的動態(tài)模型，提出了標準螺桿冷水機組的動態(tài)模型的改進算法，研發(fā)了船舶空調(diào)模擬器，以及基于三維軟件Virtools進行了場景虛擬仿真.使被培訓人員能在與實船相似的場所下，進行反復多次的試驗運行.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)濟效益預測
- 本作品具有較強的真實感，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，增強了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性，能夠在保證較好的逼真度的前提下大幅度地提高仿真訓練的輔助教學功能。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)驗的輪機管理人員的培訓需要。
同類課題研究水平概述
- 在本世紀70年代以前，就己有研究者通過簡單的方法對制冷空調(diào)裝置的流程進行模擬和分析。到本世紀80年代初，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，國際上有學者開始通過建立復雜的微分方程組、應(yīng)用計算機編程技術(shù)開展制冷空調(diào)裝置系統(tǒng)性能的計算機模擬和預測研究工作。隨著對制冷系統(tǒng)研究的進一步加深和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，近幾十年來，國際上許多著名大學和大型制冷企業(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、清華大學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)模擬器是用計算機仿真的方法將實船使用的控制箱體、模擬設(shè)備進行展示，模擬實船制冷和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備及其操作控制功能。由于它是一種培訓現(xiàn)代遠洋輪機人員經(jīng)濟、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準和建議性標準做了詳細規(guī)定。我國輪機模擬器的研制起步較晚，條件差，但研究起點高，發(fā)展很快，但是目前國內(nèi)外輪機模擬器主要是對發(fā)電機、主柴油機、推進系統(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)，仿真運算時運行速度緩慢，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)進行換熱，即不以冷水機組為模型建立空調(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)以冷水機組為模型的仿真系統(tǒng)。
