【正文】 低海水泵功率消耗、提高冷卻效果、降低冷卻系統(tǒng)成本具有重大現(xiàn)實(shí)意義。 船舶正常情況在全球跨區(qū)域運(yùn)行，海水和空氣環(huán)境溫度也隨季節(jié)變化，船舶正常營(yíng)運(yùn)也不會(huì)長(zhǎng)期處于極限負(fù)荷下，因此傳統(tǒng)船舶設(shè)計(jì)中的極限負(fù)荷設(shè)計(jì)法必然產(chǎn)生了過多的冷卻系統(tǒng)能耗，導(dǎo)致了船舶能源消耗高，不利于保護(hù)環(huán)境，不能滿足IMO組織對(duì)船舶CO2排放標(biāo)準(zhǔn)。其中海水冷卻低溫淡水，低溫淡水冷卻高溫淡水，機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)機(jī)艙溫度進(jìn)行冷卻。二、和選題相關(guān)的調(diào)研報(bào)告：（調(diào)研時(shí)間、地點(diǎn)、單位及主要收獲等）調(diào)研時(shí)間： 2016年 4月（和下面廣州兩個(gè)字對(duì)齊）調(diào)研地點(diǎn)：廣州調(diào)研單位：某高校船舶信息化控制工程技術(shù)開發(fā)中心主要收獲：（1）了解船舶中央冷卻水系統(tǒng)工作原理，熟悉各冷卻水系統(tǒng)內(nèi)裝置的工作原理，明確了各裝置的參數(shù)指標(biāo)；通過查閱各類相關(guān)文獻(xiàn)，了解國(guó)內(nèi)外在船舶中央冷卻水系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)和研究現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)已有的冷卻水系統(tǒng)仿真理論知識(shí)；（2）了解變頻器和風(fēng)機(jī)換熱的工作原理，以及風(fēng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中各裝置與PLC控制器的連接方式及調(diào)試方法，掌握了西門子PLC S71200系列的使用方法；（3）了解冷卻水系統(tǒng)仿真對(duì)象實(shí)物的組成結(jié)構(gòu)和功能，初步確定仿真對(duì)象的各種冷卻設(shè)備，并結(jié)合項(xiàng)目要求確定基本的仿真流程。 王宏智、張冬梅、盛進(jìn)路[38]等在分析電子式控制柴油機(jī)冷卻水系統(tǒng)的缺點(diǎn)后，提出了基于單片機(jī)控制的船舶柴油機(jī)冷卻水溫度控制方法，并分析了單片機(jī)控制冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，包括高精確度、高靈敏度、耗能小、響應(yīng)速度快等等，得出基于單片機(jī)的溫度控制器可以安全可靠地運(yùn)行，（并且）智能控制冷卻水的溫度穩(wěn)定在某一給定值或者給定值附近，使得（改為：附近時(shí)可以使）船舶柴油機(jī)冷卻水溫度測(cè)控滿足現(xiàn)代遠(yuǎn)洋船舶的要求這一結(jié)論。在分析常規(guī)PID控制的非線性、時(shí)變性、遲延性等特點(diǎn)后，同時(shí)提出了新的主機(jī)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)（方法），在系統(tǒng)的傳熱機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，建立了船舶主機(jī)冷卻水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱力數(shù)學(xué)模型以及H∞控制器標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)問題的模型，從而設(shè)計(jì)出該系統(tǒng)的H∞控制器。首先對(duì)溫度測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行了功能分析，根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了硬件元器件的選擇和軟件算法的確定，最終得出主機(jī)冷卻水溫度控制系統(tǒng)的整套硬件設(shè)計(jì)方案。船舶試驗(yàn)證明采用淡水冷卻泵與海水冷卻泵同步變頻運(yùn)行比單獨(dú)采用海水冷卻泵變頻運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)節(jié)約效率由35%提升至73%（以靈便型散貨船為例，以非自動(dòng)控制能耗為基數(shù)）。秦發(fā)華[35]根據(jù)主發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助機(jī)械熱負(fù)荷變化與淡水流量需求的關(guān)系，分析了管系設(shè)備的水壓分布規(guī)律，熱負(fù)荷、淡水流量變化對(duì)換熱器換熱過程的影響，并通過一系列實(shí)驗(yàn)方案得出淡水冷卻泵可以根據(jù)設(shè)備冷卻水需求量的動(dòng)態(tài)變化調(diào)節(jié)泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速而獲取能源節(jié)約，海水冷卻泵可以根據(jù)海水溫度變化與設(shè)備散熱量的動(dòng)態(tài)變化調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速而獲取能源節(jié)約。但串級(jí)控制系統(tǒng)在負(fù)荷側(cè)擾動(dòng)作用于系統(tǒng)時(shí)，主控制器通過外回路及時(shí)調(diào)整副控制器的設(shè)定值，使海水流量能隨時(shí)根據(jù)冷卻水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。陳偉智、張維競(jìng)、張曉卿、唐強(qiáng)[3134]等通過建立中央冷卻系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型得到傳遞函數(shù)，并利用經(jīng)典控制理論分別以冷卻淡水出冷卻器溫度、海水流量作為主被控變量和副被控變量設(shè)計(jì)了串級(jí)控制系統(tǒng)的主、副控制器。結(jié)果表明引入前饋模糊控制環(huán)節(jié)以后系統(tǒng)的控制速度與抗擾動(dòng)能力顯著提高。張立文[30]針對(duì)船舶柴油機(jī)冷卻水溫度大慣性、長(zhǎng)時(shí)滯、易超調(diào)的特點(diǎn)，在深入研究船舶柴油機(jī)高溫冷卻水系統(tǒng)熱力學(xué)模型與溫度控制系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上。利用MATLAB/Simulink仿真該系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制，對(duì)遇到的問題進(jìn)行了分析并提供了解決方法。該船舶柴油機(jī)冷卻水溫度控制解決方案利用了離線MATLAB/Simulink在線遺傳算法進(jìn)行船舶柴油機(jī)冷卻水溫度自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計(jì)，并在MATLAB/Simulink仿真環(huán)境下對(duì)基于離線遺傳算法進(jìn)行船舶柴油機(jī)冷卻水溫度自適應(yīng)PID控制器進(jìn)行控制仿真實(shí)驗(yàn)，得到了理想的控制效果。船舶柴油機(jī)缸套冷卻水溫度是監(jiān)控主機(jī)是否正常運(yùn)行的一個(gè)重要熱工參數(shù)，但其變化具有滯后特性，在該系統(tǒng)引入Smith補(bǔ)償數(shù)字PID控制方法后，解決了水溫緩慢變化滯后特性引起系統(tǒng)超調(diào)量大和振蕩的問題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)象的在線控制。在Silverlight平臺(tái)下，使用XAML語(yǔ)言和C＃語(yǔ)言分別進(jìn)行冷卻水管網(wǎng)系統(tǒng)仿真界面設(shè)計(jì)和水力計(jì)算等程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了冷卻水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的動(dòng)態(tài)仿真。陳日沖[26]在完成穩(wěn)態(tài)工況下水力計(jì)算方法的優(yōu)化后，針對(duì)輪機(jī)模擬器動(dòng)態(tài)仿真的需求，建立非穩(wěn)態(tài)管網(wǎng)的水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型，給出了實(shí)時(shí)求解方法，以實(shí)際管網(wǎng)為例，實(shí)現(xiàn)了管網(wǎng)水泵啟動(dòng)和改變閥口開度等不同工況時(shí)的非穩(wěn)態(tài)仿真計(jì)算。徐紅明、陳逸寧[25]提出一種簡(jiǎn)單、可靠的船舶柴油機(jī)缸套冷卻水系統(tǒng)建模與仿真分析方法，利用階躍響應(yīng)法獲取現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用“兩點(diǎn)法”得出模型參數(shù)，在MATLAB軟件環(huán)境下，采用“曲線擬合法”對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性建模。然后，在詳細(xì)分析Smith預(yù)估控制、PID控制、模糊控制的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了引入柴油機(jī)功率模糊控制信號(hào)的智能冷卻水溫度控制器及硬件電路，并應(yīng)用MATLAB/Simulink進(jìn)行仿真。緊接著分析了主機(jī)冷卻水溫度控制系統(tǒng)機(jī)械參數(shù)在某個(gè)范圍攝動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，仿真結(jié)果顯示H∞控制器都能使系統(tǒng)回到平衡狀態(tài)，得出H∞控制器比PID控制器具有更強(qiáng)的魯棒穩(wěn)定性和抗干擾能力的結(jié)論。當(dāng)模型參數(shù)發(fā)生較小攝動(dòng)時(shí)，雖然H∞狀態(tài)反饋控制和PID控制都能使系統(tǒng)穩(wěn)定，但PID控制明顯使系統(tǒng)性能下降，表現(xiàn)在穩(wěn)定時(shí)間變長(zhǎng)。在此基礎(chǔ)上，采用模塊化建模方法，應(yīng)用質(zhì)量、能量、動(dòng)量守恒定律和熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)等基本理論，通過機(jī)理分析，在一定簡(jiǎn)化條件下，全面建立了船舶空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。何治斌[17]通過用分布參數(shù)模型建立蒸發(fā)器和冷凝器數(shù)學(xué)模型、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，建立了冷水機(jī)組的數(shù)學(xué)模型，然后又基于熱力學(xué)和傳熱學(xué)定律，通過建立三通電磁閥控制的冷卻水與空氣的熱量傳遞關(guān)系，以及船舶供冷負(fù)荷關(guān)系，建立了夏季制冷除濕工況的空氣處理系統(tǒng)模型，又通過建立三通電磁閥控制的蒸汽與空氣的熱量傳遞關(guān)系，以及船舶供熱負(fù)荷關(guān)系，建立了冬季加溫加濕工況時(shí)的空氣處理系統(tǒng)模型，最后聯(lián)立建立了船舶空調(diào)系統(tǒng)總模型的矩陣方程式。但真實(shí)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)往往耗時(shí)、耗費(fèi)較大，甚至有時(shí)實(shí)驗(yàn)手段有限而無(wú)法實(shí)現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)兩種控制方法都滿足對(duì)空調(diào)艙室溫度的良好控制和各空調(diào)艙室的獨(dú)立控制；采用變頻風(fēng)機(jī)控制送風(fēng)靜壓的船用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)比采用靜壓控制單元控制送風(fēng)靜壓的船用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能。對(duì)靜壓控制單元控制送風(fēng)靜壓和變頻風(fēng)機(jī)控制送風(fēng)靜壓兩種不同的送風(fēng)控制方式進(jìn)行比較研究。考察在降溫工況、在空調(diào)艙室設(shè)定溫度以及空調(diào)艙室負(fù)荷發(fā)生階躍變化的情況下各空調(diào)艙室的溫度、變風(fēng)量末端閥門開度、送風(fēng)溫度、送風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、壓縮機(jī)運(yùn)行頻率等參數(shù)的變化情況，分析各參數(shù)變化的原因，研究VAV末端，變頻風(fēng)機(jī)，變頻壓縮機(jī)等運(yùn)行性能。對(duì)不同條件下的仿真結(jié)果進(jìn)行節(jié)能計(jì)算與研究，結(jié)果表明，基于直接轉(zhuǎn)矩控制的船用主海水泵變頻控制有著良好的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并且克服了傳統(tǒng)主海水泵只能工作在工頻的耗能模式下（的缺點(diǎn)），有效節(jié)省了冷卻水系統(tǒng)中能源消耗，從而向綠色船舶、節(jié)能船舶邁出了實(shí)質(zhì)性的一步。通過仿真發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的H∞控制器能有效地提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精確度和抑制擾動(dòng)能力。郭敏[14]對(duì)船舶主柴油機(jī)缸套冷卻水系統(tǒng)的傳熱機(jī)理進(jìn)行了分析，建立了船舶主柴油機(jī)缸套冷卻水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱力數(shù)學(xué)模型。同時(shí)還對(duì)其多主機(jī)雙套冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行了熱力性能研究，對(duì)其在系統(tǒng)額定熱負(fù)荷下和變負(fù)荷下的熱力特性進(jìn)行了分析計(jì)算，通過計(jì)算定量地揭示出其冷卻系統(tǒng)的節(jié)能潛力。同時(shí)設(shè)計(jì)了兩種空調(diào)機(jī)組同時(shí)并存的方案，以便在不同的外界環(huán)境條件下，進(jìn)行兩種空調(diào)機(jī)組的性能和能耗的實(shí)驗(yàn)與分析，降低船舶的燃油消耗，優(yōu)化船體線型減小船體阻力、增加螺旋槳直徑提高推進(jìn)效率，還對(duì)一些系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化布置實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。潘偉昌[10]通過對(duì)中央冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)闡述，中央冷卻系統(tǒng)在各種船舶中的應(yīng)用及某些船舶的中央冷卻系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和運(yùn)用中所產(chǎn)生的一些問題的敘述和分析，使得中央冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論化、系統(tǒng)化，為廣大船舶設(shè)計(jì)人員提供了設(shè)計(jì)合理經(jīng)濟(jì)的中央冷卻系統(tǒng)的理論依據(jù)。因?yàn)椋梢詣h掉）現(xiàn)有的船舶中央冷卻海水泵變頻控制技術(shù)屬于閉式控制系統(tǒng)，其操作總是滯后于系統(tǒng)的實(shí)際變化，給船舶冷卻水系統(tǒng)帶來負(fù)面影響（這四個(gè)字放這里感覺很別扭），節(jié)約了能源，降低了運(yùn)營(yíng)成本，投資回報(bào)率相當(dāng)高，是一項(xiàng)值得推廣的技術(shù)。 吳鵬飛、霍旭穎[89]等以熱交換器原理為突破口，研發(fā)了兩種帶前端控制的海水泵控制模式，即直接計(jì)算的控制模式和基于數(shù)據(jù)庫(kù)的控制模式。在陸上機(jī)艙中央冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過（改成以）總體冷卻量計(jì)算、設(shè)備計(jì)算、設(shè)備選型以及平衡圖、系統(tǒng)圖的繪制為主要流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。在具體設(shè)計(jì)上，通過設(shè)計(jì)軟件的二次開發(fā)技術(shù)，對(duì)后期熱平衡圖、系統(tǒng)圖的繪制工序進(jìn)行簡(jiǎn)化。陸上機(jī)艙作為可以模擬船舶所有實(shí)際功能并應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域的模擬器來說，它有和船舶很多的相似之處,但從微觀角度來看，陸上機(jī)艙的特殊性也必須注意到。許正福[6]在所建立的（可以刪掉）實(shí)驗(yàn)室冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型理論的基礎(chǔ)上，以福州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為案例，運(yùn)用AutoCAD機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，基于資源綜合利用，繪制各冷卻水系統(tǒng)圖，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的主要設(shè)備進(jìn)行計(jì)算選型，其中包括海水系統(tǒng)，低、高溫淡水冷卻水系統(tǒng)，冷卻水塔系統(tǒng)等主要設(shè)備的選型，對(duì)輪機(jī)動(dòng)力裝置系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)有一定的參考價(jià)值。結(jié)果表明，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制不僅實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的變頻控制目標(biāo)，并且具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性和抗干擾性，改善了冷卻水系統(tǒng)的控制性能。通過分析工程船舶的特點(diǎn)，進(jìn)而討論工程船舶的冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，特別是其與運(yùn)輸船型的冷卻水系統(tǒng)異同之處；提出對(duì)冷卻水系統(tǒng)的淡水側(cè)設(shè)計(jì)改進(jìn)的重點(diǎn)在于優(yōu)化船用設(shè)備的冷卻參數(shù)，并總結(jié)了船用設(shè)備冷卻參數(shù)的估算方法；對(duì)板式冷卻器總傳熱系統(tǒng)變化的研究中總結(jié)出海水測(cè)（到底哪個(gè)側(cè)字）需求的海水量隨著海水溫度和系統(tǒng)熱負(fù)荷而改變的規(guī)律，并在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，（逗號(hào)可以刪掉）討論采用變頻/雙速海水泵的優(yōu)點(diǎn)和限制條件。文中介紹了GL級(jí)的E級(jí)冰區(qū)加強(qiáng)船舶、DNV級(jí)的ICE—C級(jí)冰區(qū)加強(qiáng)船舶和具有1985年芬蘭—瑞典冰線規(guī)則IC符號(hào)的船舶，以及它們各自的海水箱尺寸、吸入口位置高度、焊接工藝等技術(shù)要求規(guī)范。馮長(zhǎng)順、金小闖[2]在《機(jī)電信息》一刊中對(duì)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求、注意事項(xiàng)做了詳細(xì)闡述。馬量[1]對(duì)船舶主機(jī)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)概述，其主要內(nèi)容包括：主機(jī)中央冷卻水系統(tǒng)的概念、組成，包括海水系統(tǒng)、低溫淡水系統(tǒng)、高溫淡水系統(tǒng)等。海水系統(tǒng)構(gòu)成比較簡(jiǎn)單，海