【正文】 設(shè)備應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下功能： （ 1）為主機(jī)、輔機(jī)和鍋爐等燃燒設(shè)備提供必需的燃燒用空氣量； （ 2）帶走設(shè)備的散熱量，保持機(jī)艙內(nèi)的適當(dāng)溫度。 （ 4）排除可燃?xì)怏w以防爆炸和火災(zāi)。此次仿真設(shè)計(jì)是根據(jù)每個(gè)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的大小，計(jì)算出每單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入艙室的空氣量，以及根據(jù)實(shí)際需要，可以人為改變艙室進(jìn)風(fēng)開關(guān)的大小來進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，從而進(jìn)行系統(tǒng)控制，以達(dá)到所要控制的艙室維持在一個(gè)穩(wěn)定度的氣壓水平，進(jìn)而為艙室 內(nèi) 的人力資源、環(huán)境資源、物質(zhì)資源、管理資源提供一個(gè)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的 場(chǎng)所，進(jìn)而為航運(yùn)的高效、安全、穩(wěn)定的運(yùn)輸提供一個(gè)舒適安全的環(huán)境。一個(gè)設(shè)計(jì)合理的通風(fēng)系統(tǒng)不僅要滿足船舶建造規(guī)范對(duì)供風(fēng)量的要求，還要使艙內(nèi)氣流組織合理，艙內(nèi)溫度分布較均勻，避免出現(xiàn)空氣流動(dòng)死角使熱量堆積導(dǎo)致局部溫度超過規(guī)范規(guī)定的最高數(shù)值。然而這種方法并不能得到整個(gè)機(jī)艙內(nèi) 的空氣的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的分布，所以無法對(duì)一個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的完善程度做出精確的判斷和評(píng)價(jià)。因此在機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)完成之后，再模擬出通風(fēng)效果的各相關(guān)參數(shù)，再對(duì)通風(fēng)設(shè)計(jì)加以改進(jìn)，從而避免了復(fù)雜的調(diào)試過程，縮短了設(shè)計(jì)周期。 課題研究的主要內(nèi)容 本課題研究的主要內(nèi)容就是根據(jù) 某實(shí)船的通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)以及上海亨遠(yuǎn)船務(wù)有限公司制造的軸流風(fēng) 機(jī)的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行 MATLAB 界面 仿真與數(shù)值模擬。 (2)建立 變?nèi)?送 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 (4)利用 MATLAB 語言以及 GUI 編輯界面 實(shí)現(xiàn)實(shí)際的控制操作。 基于 MATLAB 的船舶通風(fēng)系統(tǒng)仿真 4 第 2 章 船舶通風(fēng)系統(tǒng)建模實(shí)現(xiàn) 船舶通風(fēng)系統(tǒng)管道網(wǎng)絡(luò) 圖 概述 本課題船舶通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)某實(shí)際的集裝箱船的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)管道的布局建立的。 如圖。五個(gè) 獨(dú)體的密閉 空間從上到下依次被 6 層貨物甲板、 2 層貨物甲板、第二甲板、第三甲板以及最底層的底艙甲板分層 。這些資源的 高效 運(yùn)行以及合理 安排 是通過八個(gè)送（排）風(fēng)機(jī)為它們提供合理的通風(fēng)換氣的空氣來實(shí)現(xiàn)的 ， 這樣 為機(jī)器運(yùn)行、工作人員生 存， 為船舶運(yùn)輸安全 提供合理的保障，進(jìn)而使得船舶高效地運(yùn)行 。 其中被 2 層貨物甲板與第二甲板層分隔的空間里有機(jī)艙工作間和集控室。所以此空間 分別由兩臺(tái)定容的供風(fēng)機(jī)提供生產(chǎn)生活所需要的空氣。 同時(shí)此層有兩個(gè)集控室， 集控室 是船舶中自動(dòng)化設(shè)備的主要集中艙室。為了讓自動(dòng)化設(shè)備達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，要安排合理的通風(fēng)散熱設(shè)備進(jìn)行通風(fēng)換氣，進(jìn)而維持艙室內(nèi)溫度，壓強(qiáng)，含氧量的穩(wěn)定。 對(duì)船用柴油機(jī)來說，其運(yùn)行環(huán)境需要運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的大氣壓、環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和中冷器冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度等因素維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平。 因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī) 運(yùn)行需要合理的氧氣量、空氣壓力、介質(zhì)溫度等，這些條件為 燃油提供合適的 氧氣量 和燃燒條件， 所以 此空間安排了基于 MATLAB 的船舶通風(fēng)系統(tǒng)仿真 5 兩臺(tái)變?nèi)莸乃惋L(fēng)機(jī) 為燃油燃燒提供通風(fēng)換氣的支持，同時(shí)也為此空間的良好運(yùn)行在一個(gè) 相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境 提供保障 。 它為凈化燃油提供一個(gè)循環(huán)利用的平臺(tái)。 同時(shí)底艙 底 要保持合適的正壓以保證尾軸洞不會(huì)因?yàn)樨?fù)壓差而進(jìn)水 ，為船舶的安全提供保障 。 集 控 室6 層 貨 物 甲 板2 層 貨 物 甲 板2 層 貨 甲 板3 層 甲 板底 層 甲 板集 控 室工 作 間主 機(jī) 艙 上 層 通 風(fēng)主 機(jī) 艙 底 層 通 風(fēng)定 容 供 風(fēng) 機(jī)機(jī) 艙 排 風(fēng) 機(jī)排 風(fēng) 機(jī) 排 風(fēng) 機(jī)變 容 供 風(fēng) 機(jī) 1通 艙 底1 , 2 , 3號(hào) 主 機(jī)增 壓 器變 容 供 風(fēng) 機(jī) 2 定 容 供 風(fēng) 機(jī)主 機(jī) 艙 底 層 通 風(fēng)船 舶 機(jī) 艙 通 風(fēng) 網(wǎng) 絡(luò) 示 意 圖3 , 4 號(hào)發(fā) 電 機(jī)1 , 2 號(hào)發(fā) 電 機(jī)分 油 機(jī) 間分 油 機(jī) 間 排風(fēng) 機(jī)主 機(jī) 艙 底 層 通 風(fēng)左舷右舷通 艙 底圖 船舶通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)圖 風(fēng)機(jī)型號(hào) 本課題選用的風(fēng)機(jī)是上海亨遠(yuǎn)船務(wù)有限公司生產(chǎn)的船用的軸流風(fēng)機(jī)。通風(fēng)機(jī)適用于軍船和民船上的各種艙室通風(fēng)換氣，也適用于局部冷卻和降溫，還適用于陸上各相關(guān)的適當(dāng)場(chǎng)所。 基于 MATLAB 的船舶通風(fēng)系統(tǒng)仿真 6 其風(fēng)機(jī)型號(hào)如 下 表 風(fēng)機(jī)的型號(hào) 表 風(fēng)機(jī)的型號(hào) 風(fēng)機(jī)系統(tǒng) 分類 通過風(fēng)機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可知，其風(fēng)機(jī)系統(tǒng)可大致分為四個(gè)部分 。該系統(tǒng)主要由 兩個(gè)風(fēng)機(jī)組成，一個(gè)定容供風(fēng)機(jī)和一個(gè)機(jī)艙排風(fēng)機(jī)。同時(shí)，為了保證工作間的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，單獨(dú)配置了一個(gè)機(jī)艙排風(fēng)機(jī)來進(jìn)行精確的風(fēng)量控制。該系統(tǒng)主要由一個(gè)變?nèi)莸墓╋L(fēng)機(jī)配合每個(gè)密封艙的自然排風(fēng)組成。系統(tǒng)模塊如圖 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊 2； （ 3）變?nèi)莨╋L(fēng)機(jī) 2 及其所屬管道所連通的 1,2 號(hào)發(fā)電機(jī)和分油機(jī)間以及附屬的分油機(jī)區(qū)排風(fēng)機(jī) 。/min*pa) 型號(hào) 1,2 號(hào)機(jī)艙送風(fēng)機(jī) 2 3500/2330 500/220 FAB1851 3 號(hào)機(jī)艙送風(fēng)機(jī) 1 3500 500 FAB1851 4 號(hào)機(jī)場(chǎng)送風(fēng)機(jī) 1 3500 500 FAB1408 機(jī)艙排風(fēng)機(jī) 2 1800 150 FAB1851 分油機(jī)區(qū)送風(fēng)機(jī) 1 500 600 FA905 軸強(qiáng)制風(fēng)機(jī) 1 500 120 FA852 機(jī)艙工作間排風(fēng)機(jī) 1 20 500 FA352 基于 MATLAB 的船舶通風(fēng)系統(tǒng)仿真 7 定容的排風(fēng)機(jī) 。如圖 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊 3； （ 4）右側(cè)定容供風(fēng)機(jī)及其所屬管道所連通的集控室、 1,2,3 號(hào)主機(jī)增壓器、主機(jī)艙底層和通艙底； 主要是為主機(jī)增壓 器以及集控室提供必備的空氣量。如圖 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊 4 圖 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊 1 圖 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊 2 基于 MATLAB 的船舶通風(fēng)系統(tǒng)仿真 8 圖 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊 3 圖 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊 4 基于 MATLAB 的船舶通風(fēng)系統(tǒng)仿真 9 各個(gè)工作間 模塊 分類 由通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)可以看出，各個(gè)密閉的工作間可以分為 四 類。 軸流式風(fēng)機(jī)的工作原理 空氣沿軸向流動(dòng)的通風(fēng)機(jī)稱為軸流式通風(fēng)機(jī)。葉輪安裝在圓筒形機(jī)殼中，電動(dòng)機(jī)與葉輪直接聯(lián)接。 軸流風(fēng)機(jī)的特性 軸流式通風(fēng)機(jī)一般采用電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)的傳動(dòng)方式， 有些大型的軸流式通風(fēng)機(jī)也可將電動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)殼的外面， 基于 MATLAB 的船舶通風(fēng)系統(tǒng)仿真 10 采取皮帶輪或聯(lián)軸器傳動(dòng)的方式，且其葉輪的排風(fēng)側(cè)有的設(shè)有固定導(dǎo)葉，可將一部分偏轉(zhuǎn)氣流轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，有助于氣流的擴(kuò)散。 葉片從根部到葉稍常采用扭曲形的。 軸流風(fēng)機(jī)的 性能 參數(shù) 風(fēng)量 Q、風(fēng)壓 P、轉(zhuǎn)速 n、功率 N 及效率η是表示通風(fēng)機(jī)性能的主要參數(shù)。通常指的是工作狀態(tài)下的氣體量 (m3/h 或 m3/s)，而在風(fēng)機(jī)銘牌上有時(shí)標(biāo)出的是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的風(fēng)量 (Nm3/h 或 Nm3/s)。 （ 3）功率 通風(fēng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)傳遞給氣體的能量稱為風(fēng)機(jī)的有效功率 Ne， 通風(fēng)機(jī)的相似原理 （ 1）風(fēng)壓相似換算 () （ 2）風(fēng)量相似換算 () （ 3）功率相似換算 () 其中 n 為風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速， D 為風(fēng)機(jī)的葉輪半徑，ρ空氣的密度。所有氣體 R 值均相同。米 3/摩爾如果壓強(qiáng)為大氣壓，體積為升，則 R=大氣壓 K。再根據(jù)PV nRT? 方程式。 本課題主要由兩種風(fēng)機(jī)構(gòu)成的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，一種是變?nèi)蒿L(fēng)機(jī)，一種是定容風(fēng)機(jī)。 首先，這里假設(shè)風(fēng)機(jī)的 內(nèi)部的 溫度與風(fēng)機(jī)周圍的溫度近似相等 。39。P 為外界的空氣壓強(qiáng)， 39。 這樣我們就通過可以計(jì)算出 39。 我們的目的是是要計(jì)算出空氣的質(zhì)量，進(jìn)而進(jìn)行壓強(qiáng)的計(jì)算。同樣，通過 PV nRT? 我們可以推到出以下的公式： mPV RTM? () 其中 m 為空氣的質(zhì)量， M 空氣的摩爾質(zhì)量（ 通常為 29g/mol）?？諝獾馁|(zhì)量算出了，排風(fēng)機(jī)的基本數(shù)學(xué)模型也就準(zhǔn)備好了。 所謂定容排風(fēng)機(jī)就是在開啟 風(fēng)機(jī)后，風(fēng)機(jī)的容量，風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)是固定不變的 ，所以 通過公式 ()我們可以算出定容風(fēng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)相對(duì) 于 外界的體積與壓強(qiáng)，進(jìn)而算出氣體的質(zhì)量，然后進(jìn)行數(shù)字仿真。所以，基于 MATLAB 的船舶通風(fēng)系統(tǒng)仿真 12 我們只能通過排風(fēng)機(jī)的相似原理對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而算出變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī)的單位時(shí)間內(nèi)所排出的氣體體積。 各個(gè)密閉工作空間的數(shù)學(xué)建模 各個(gè) 密閉空間的建模是根據(jù)圖 所繪制的原理進(jìn)行仿真建模的?？墒?，由于自然排風(fēng)的不可控性，本課題沒有對(duì)自然排風(fēng)進(jìn)行仿真研究，在建立模型時(shí)對(duì)自然排風(fēng)只是給定了一個(gè)初始排風(fēng)值。有原理圖可知，密閉空間的氣壓變化是由于空間內(nèi)氣體質(zhì)量的變化所引起（在溫度恒定的情況下）。 RT 這個(gè)氣體方程變形式來計(jì)算出密閉空間的氣壓變化。有排風(fēng) 機(jī)的密閉空間氣壓 主要 由送風(fēng)機(jī)與排風(fēng)機(jī)的氣體質(zhì)量差決定。 基于 MATLAB 的船舶通風(fēng)系統(tǒng)仿真 13 第 3 章 船舶通風(fēng)系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)與 仿真實(shí)現(xiàn) 仿真軟件介紹 MATLAB 由一系列工具組成。包括 MATLAB 桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（ M 文件）后再一起運(yùn)行。其擁有 600 多個(gè)工程中要用到的 數(shù)學(xué) 運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。 本課題 運(yùn) 用到的仿真軟件是 MATLAB 中的 GUI 圖形用戶設(shè)計(jì)界面。 此次仿真用到了 GUI 界面下的控件有 Push Button、 Static Text、 Slider、Toggle Button、 Edit Text 等控件。相對(duì)的 Edit Text 控件是用來顯示可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行更改的仿真數(shù)據(jù)。 仿真界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)界面設(shè)計(jì) 根據(jù) 第一章介紹的 某實(shí)船 的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)管道布置， 本課題 運(yùn)用 MATLAB GUI 中所提供的 的 控件進(jìn)行模擬仿真。 （ 2）運(yùn)用不同顏色的 Static Text 控件進(jìn)行通風(fēng)管道的布置，顏色區(qū)分管道是進(jìn)風(fēng)還是出風(fēng)。 （ 4） 運(yùn)用 Slider 控件進(jìn)行進(jìn)風(fēng)量，出風(fēng)量大小的調(diào)節(jié)，即開關(guān)的仿真。 （ 6） Edit Text 控件是設(shè)計(jì)溫度，壓強(qiáng)參數(shù)，目的是為了與實(shí)際的溫度壓強(qiáng)保持一致， 進(jìn)行更精確的仿真提供參數(shù)量。 通過以上各個(gè)控件的介紹以及每個(gè)控件所要模擬的單元， 再 通過第一章所給出的船舶通風(fēng)系統(tǒng)的管道網(wǎng)絡(luò)圖，我們可以布置控件進(jìn)行界面的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的界面如圖 。 圖 船舶通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)仿真界面 密閉空間界面設(shè)計(jì) 在 MATLAB GUI 中運(yùn)用參數(shù)傳遞 的實(shí)現(xiàn)形式 ，把系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間、每秒 鐘進(jìn)入室內(nèi)的氣體體積、室內(nèi)溫度、室內(nèi)壓強(qiáng)、相對(duì)于外界的氣壓、進(jìn)入室內(nèi)的氣體的總質(zhì)量、每秒鐘進(jìn)入室 內(nèi)的 氣體質(zhì)量、原機(jī)房氣體質(zhì)量、外界氣體密度這些參數(shù)顯示在密閉空間界面下，使得此界面能充分的體現(xiàn)出密閉空間的室內(nèi)情況。 同時(shí)設(shè)計(jì)了退出按鍵，為方便的退出界面提供快捷方式。 基于 MATLAB 的船舶通風(fēng)系統(tǒng)仿真 15 圖 船舶密閉空間仿真界面 定容排風(fēng)機(jī) 系統(tǒng)模塊的仿真實(shí)現(xiàn) 雖然每個(gè)風(fēng) 機(jī)系統(tǒng)模塊是不同的 ，但是大體軟件設(shè)計(jì)是相通的，所以，本文就針對(duì)兩個(gè)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)思路的介紹。這里用了 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊 1，進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)介紹。 仿真界面如圖 。仿真代碼如下： if(kC==0) if (get(,39。)amp。string39。350039。%設(shè)置定容排風(fēng)機(jī)的容量 totalC1=str2double(r3C)dC*str2double(r3C)。%集控室的空氣量 totalC2=totalC1totalC1*bC。%工作間的空氣量 totalC3=totalC2totalC2*dCShang。%主機(jī)艙上層的空氣量 totalC4=totalC3totalC3*dCDi。%通艙底的空氣量 totalC5=str2double(r3C)dC*str2double(r3C)totalC1*bCtotalC2*dCShangtotalC3*dCDi。string39。 set(,39。,num2str(cC2))。string39。 %分別顯示出各個(gè)數(shù)值 Rv=str2double(r3C)*str2double(rC)。%每秒鐘的進(jìn)氣量時(shí)間 r16=str2double(t5)*str2double(t6)。 r18=r16/r17。%得到外界密度（可以不變） R2C=r11C*r18。同理可以分別得到工作 間、主機(jī)艙上層、通艙底以及主機(jī)艙底層的空氣量并用 text 控件分別顯示出來。 需要注意的是，這里涉及到了 供風(fēng)機(jī)的開關(guān)操作的功能設(shè)計(jì)，為了能使風(fēng)機(jī)進(jìn)行開關(guān)