基于MATLAB的船舶通风系统仿真
境影响着柴油机气缸内的实际空气量，因此随着机舱通风状况的变化，机舱内的气压、温度、湿度都会发生变化，进入气缸内的空气量也随之变化，并对柴油机的工况构成影响。具体来说，过高的机舱内温度会使机舱内空气密度减小，这样柴油机增压器喘振的可能性会大大增大，并且会在一定程度上降低柴油机的推进效率。反之，机舱内低温会使空气的密度增大，最高燃烧压力升高。因此将机舱的温度控制在一定的范围内，对机械设备的正常工作是非常必要的。此外，在船舶机舱中，自动化设备要求的环境温度是:机舱及主控制站 0～55℃，安装在有发热部件的柜(箱、台)内的电子设备，在工作过程中应能承受最高 70℃的温度不会失效。自动化设备对湿度的要求是:温度达到40℃时，相对湿度为95～100%，温度高于 40℃时，相对湿度为 70%。随着温度的变化，仪表的精度和灵敏度会不同，当环境温度超过仪表的有效温度范围时，有的仪表可能不能正常工作。另一方面，机舱也是轮机管理人员工作的场所，机舱中的温度、湿度以及油气等有害气体的含量构成了机舱的环境条件，空气中的粉尘、有害气体以及高温高湿等都会损害人体的健康。在众多因素中，机舱的温度对工作人员的影响可以说是最大的。从医学观点看，平均在 15-20℃之间最适宜人们的工作，而实际中由于主柴油机、发电用柴油机以及锅炉等设备的持续散热，机舱中的温度会不断上升并对人体产生危害，这时候就要保证一定的通风量来控制机舱内适宜的温度。综上所述，船舶机舱通风的主要目的就是用以建立并维持机舱内适宜的环境条件(温度、湿度、空气流速、清洁度和空气成份等)以保证柴油机、锅炉燃烧所必须的空气量，同时也是保证机舱内部良好的工作环境，改善轮机人员的劳动和卫生条件。概括起来，机舱通风设备应该实现以下功能：
（1）为主机、辅机和锅炉等燃烧设备提供必需的燃烧用空气量； （2）带走设备的散热量，保持机舱内的适当温度。
（3）排出机舱内可能的有害气体，保持空气清洁，为机舱内工作人员创造
适宜的环境条件。
（4）排除可燃气体以防爆炸和火灾。
1.2 选题的目的和意义
此次设计是基于MATLAB的船舶通风系统仿真，是根据某实船上的通风管道网络以及实际的通风机的排量对船上各个舱室的气压变化情况进行数值模拟。此次仿真设计是根据每个风机风量的大小，计算出每单位时间内进入舱室的空气量，以及根据实际需要，可以人为改变舱室进风开关的大小来进行风量调节，从而进行系统控制，以达到所要控制的舱室维持在一个稳定度的气压水平，进而为舱室内的人力资源、环境资源、物质资源、管理资源提供一个高效运转的场所，进而为航运的高效、安全、稳定的运输提供一个舒适安全的环境。
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基于MATLAB的船舶通风系统仿真
1.3 课题研究的主要任务
机舱通风系统设计的主要任务就是根据舱内设备的工况确定供风量并根据设备的布置确定各个供风口的大小、型式及布置。一个设计合理的通风系统不仅要满足船舶建造规范对供风量的要求，还要使舱内气流组织合理，舱内温度分布较均匀，避免出现空气流动死角使热量堆积导致局部温度超过规范规定的最高数值。对于己经设计完成并安装到实船的通风系统，一般通过测量风管风压和通风口的风速确定供风量的分布是否达到设计要求。然而这种方法并不能得到整个机舱内的空气的温度场和速度场的分布，所以无法对一个通风系统的完善程度做出精确的判断和评价。若能提前知道通风的气流组织和温度的分布，无疑将为通风设计提供了一个理论依据，并据此来改进通风的不合理状况，且赢得了和船体结构之间协调的时间，缩短设计周期。因此在机舱通风设计完成之后，再模拟出通风效果的各相关参数，再对通风设计加以改进，从而避免了复杂的调试过程，缩短了设计周期。这符合数字化造船的基本要求和核心思想。
1.4 课题研究的主要内容
本课题研究的主要内容就是根据某实船的通风管道网络以及上海亨远船务有限公司制造的轴流风机的数据参数进行MATLAB界面仿真与数值模拟。根据实际的参数建立以下模型： (1)建立通风管道网络界面。 (2)建立变容送风机系统的数学模型。
(3)建立了定容排（送）风机的数学模型。
(4)利用MATLAB语言以及GUI编辑界面实现实际的控制操作。 (5)建立密闭空间的数学模型，以达到空间内气压实时地变化。
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基于MATLAB的船舶通风系统仿真
第2章 船舶通风系统建模实现
2.1船舶通风系统管道网络
2.1.1.通风管道网络图概述
本课题船舶通风管道网络是根据某实际的集装箱船的通风网络管道的布局建立的。参照实船模型，以及实际经验设计，绘出通风管道网络示意图。如图2.1。
该通风管道网络图是集装箱船舶的纵向剖面图，其把实船纵向分为五个独立密闭的空间，其划分是依据实船甲板布局以及通风管网络形态设定的。五个独体的密闭空间从上到下依次被6层货物甲板、2层货物甲板、第二甲板、第三甲板以及最底层的底舱甲板分层。如图2.1，这五个密闭的独立的空间形成了船舶的环境系统，这其中分别包含了人力资源、物质资源、管理资源等。这些资源的高效运行以及合理安排是通过八个送（排）风机为它们提供合理的通风换气的空气来实现的，这样为机器运行、工作人员生存，为船舶运输安全提供合理的保障，进而使得船舶高效地运行。
五个独立的密闭空间包含了不同的机器成分和人员安排，所以不同的空间所需要的空气量不同，安排的排、送风机的型号也有差异。
其中被2层货物甲板与第二甲板层分隔的空间里有机舱工作间和集控室。由于这里是轮机管理人员的工作场所，机舱中的温度必须保持在最适宜的工作温度，机舱中的有害气体必须及时的排出。所以此空间分别由两台定容的供风机提供生产生活所需要的空气。其中工作间有单独的排风机，以达到为其中的工作人员及时有效的提供生活必须的空气以及保持室内的气压、温度提供有力支持。同时此层有两个集控室，集控室是船舶中自动化设备的主要集中舱室。自动化设备对环境温度要求比较高，同时自动化设备在运行时也有不同程度的发热，根据运行程度的不同，发热的程度也不同。为了让自动化设备达到最佳的运行状态，要安排合理的通风散热设备进行通风换气，进而维持舱室内温度，压强，含氧量的稳定。
由第二层甲板和第三层甲板组成的密闭空间主要是发动机和主机增压器组成的。对船用柴油机来说，其运行环境需要运行现场的大气压、环境温度、相对湿度和中冷器冷却介质进口温度等因素维持在一个相对稳定的水平。只有这些温度维持在一个相对稳定的状态，柴油机才能更加稳定的运行，进而为船舶的稳定长期高效的运行提供合理的条件。因为发动机运行需要合理的氧气量、空气压力、介质温度等，这些条件为燃油提供合适的氧气量和燃烧条件，所以此空间安排了
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基于MATLAB的船舶通风系统仿真
两台变容的送风机为燃油燃烧提供通风换气的支持，同时也为此空间的良好运行在一个相对稳定的环境提供保障。
第三层甲板与底层甲板组成的空间主要存在有分油机间，分油机是一种离心式沉淀设备，作用是将待分离油中的杂质颗粒和水分分离，基本原理是利用分离盘之间的微小间隙和分油机高速旋转的离心力将杂质颗粒和水分等密度较大的成分分离出去。它为净化燃油提供一个循环利用的平台。它的高效运行也是船舶运行一个必不可少的条件。同时底舱底要保持合适的正压以保证尾轴洞不会因为负压差而进水，为船舶的安全提供保障。同时尾轴有轴强制风机为此层空间的安全提供的更进一步的双保险，也为空间内维持一个相对稳定的状态提供了合理的气压、温度支持。
船舶机舱通风网络示意图排风机机舱排风机定容供风机变容供风机1变容供风机2定容供风机左舷右舷排风机6层货物甲板2层货物甲板工作间集控室分油机间排风机集控室2层货甲板主机舱上层通风3,4号发电机1,2号发电机1,2,3号主机增压器3层甲板主机舱底层通风主机舱底层通风分油机间主机舱底层通风底层甲板通舱底通舱底图2.1 船舶通风管道网络图
2.1.2 风机型号
本课题选用的风机是上海亨远船务有限公司生产的船用的轴流风机。此公司生产的FA系列船用轴流通风机可输送含有盐雾的海洋空气和含有油雾等微腐蚀性空气。通风机适用于军船和民船上的各种舱室通风换气，也适用于局部冷却和降温，还适用于陆上各相关的适当场所。FA系列船用轴流通风机可匹配500HZ，380V或440V船用三相的异步电动机。
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基于MATLAB的船舶通风系统仿真
其风机型号如下表2.1风机的型号
表2.1风机的型号
风机 编号 1,2号机舱送风机 3号机舱送风机 4号机场送风机 机舱排风机 分油机区送风机 轴强制风机 机舱工作间排风机
类型 个数 额定功率× (m3/min*pa) 3500/2330× 500/220 3500×500 型号 V.AXIAL 2 FA-B-185-1 V.AXIAL 1 FA-B-185-1 V.AXIAL V.AXIAL V.AXIAL H.AXIAL H.AXIAL 1 2 1 1 1 3500×500 1800×150 500×600 500×120 20×500 FA-B-140-8 FA-B-185-1 FA-90-5 FA-85-2 FA-35-2 2.1.3 风机系统分类
通过风机系统网络可知，其风机系统可大致分为四个部分。 分别是如下：
（1）左侧定容供风机及其所属管道所连通的集控室、工作间、主机舱上层，主机舱底层和通舱底以及其附属的机舱工作间排风机、轴强制风机。该系统主要由两个风机组成，一个定容供风机和一个机舱排风机。定容供风机为四层甲板舱提供空气量，同时也为集控室、工作间提供需求风量。同时，为了保证工作间的高效运转，单独配置了一个机舱排风机来进行精确的风量控制。系统模块如图2.2 风机系统模块1；
（2）变容供风机1及其所属管道所连通的3,4号发电机和主机舱底层。该系统主要由一个变容的供风机配合每个密封舱的自然排风组成。主要是通过可调风量大小的供风机为1,2号发电机以及主机舱底层提供合适的风量，进而为发电机的稳定运行提供条件。系统模块如图2.3 风机系统模块2；
（3）变容供风机2及其所属管道所连通的1,2号发电机和分油机间以及附属的分油机区排风机。该系统主要是由两个风机组成，一个变容的供风机和一个
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