基于MATLAB的船舶通风系统仿真
定容的排风机。其主要是为1,2号发电机以及分油机工作间提供生产生活所必须的空气，同时为了分油机间的精确的空气排量，特别安置了一个分油机间排风机以提供保障。如图2.4风机系统模块3；
（4）右侧定容供风机及其所属管道所连通的集控室、1,2,3号主机增压器、主机舱底层和通舱底；主要是为主机增压器以及集控室提供必备的空气量。为通风换气提供保障。如图2.5风机系统模块4
图2.2 风机系统模块1
图2.3 风机系统模块2
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图2.4 风机系统模块3
图2.5 风机系统模块4
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2.1.4 各个工作间模块分类
由通风管道网络可以看出，各个密闭的工作间可以分为四类。 分别为：
（1） 带有工作间排风机的，进风量可调的密闭的工作间模块； （2） 无工作间排风机的，进风量可调的密闭的工作间模块； （3） 有工作间排风机的，进风量不可主动调节的工作间的模块； （4） 整个甲板舱的密闭工作间模块；
2.2 各个风机系统的数学建模
因为船用风机都是轴流式风机，我们先介绍一下轴流风机的工作原理。 2.2.1轴流式风机的工作原理
空气沿轴向流动的通风机称为轴流式通风机。一般通风机的结构如图2.6所示，主要由集风器、叶轮、导叶和扩散器等组成。叶轮安装在圆筒形机壳中，电动机与叶轮直接联接。
图2.6 轴流通风机结构简图
１－集风器，２－叶轮，３－导叶，4－扩散
由于风机叶轮的叶片具有一定的斜面形状，当叶轮在机壳中高速转动时，使叶轮周围气体一面随叶轮旋转；一面沿轴向推进，气体在通过叶轮时获得能量，压力升高，进入扩散管后一部分轴向气流的动能转变为静压能，最后以一定的压力从扩散管流出。 2.2.2轴流风机的特性
轴流式通风机一般采用电动机直接传动的传动方式， 有些大型的轴流式通风机也可将电动机安装在机壳的外面，
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采取皮带轮或联轴器传动的方式，且其叶轮的排风侧有的设有固定导叶，可将一部分偏转气流转变为静压能，有助于气流的扩散。
轴流式通风机的叶片有各种各样型式，有板型、机翼型等等。 叶片从根部到叶稍常采用扭曲形的。 有些叶轮的叶片安装角是可以调整的， 通过调整叶片安装角可以改变风机的性能参数。 2.2.3轴流风机的性能参数
风量Q、风压P、转速n、功率N及效率η是表示通风机性能的主要参数。 （1）风量
通风机在单位时间内所输送的气体体积称为风量，又称流量。通常指的是工作状态下的气体量(m3/h或m3/s)，而在风机铭牌上有时标出的是标准状态下的风量(Nm3/h或Nm3/s)。 （2）风压
通风机出口气体全压与进口气体全压之差(或进、出口全压绝对值之和)称为风机的风压，也就是气体进入风机后所升高的压力，其单位为Pa。 （3）功率
通风机在单位时间内传递给气体的能量称为风机的有效功率Ne， 2.2.4通风机的相似原理
P?1?D1??n1?1? ?（1）风压相似换算 ? ? ? (2.1) ???P2?2?D2??n2?? Q1?D1?n1?（2）风量相似换算 ? ? (2.2) ?Q2?D2??n2
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3
?D1??n1?N 1 ?（3）功率相似换算 ? ? ? (2.3) ? 1 ???N2?2?D2??n2???
53其中n为风机的转速，D为风机的叶轮半径，ρ空气的密度。 2.2.5克拉伯龙方程式
克拉伯龙方程式:
PV?nRT (2.4)
其中P表示压强、V表示气体体积、n表示物质的量、T表示绝对温度、R表示气体常数。所有气体R值均相同。如果压强、温度和体积都采用国际单位（SI），R=8.314帕·米3/摩尔·K。如果压强为大气压，体积为升，则R=0.0814大气压·升/摩尔·K。
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2.2.6风机的数学模型
根据前几节介绍的轴流风机的工作原理，性能参数以及相似原理。再根据
PV?nRT方程式。我们可以推导出风机系统的数学模型，进而进行数值仿真。
本课题主要由两种风机构成的风机系统，一种是变容风机，一种是定容风机。下面我们依次介绍两种风机的数学模型。
首先，这里假设风机的内部的温度与风机周围的温度近似相等。即在T相等的情况下，根据PV?nRT ，我们可以推到出
''PV?PV (2.5)
即在相同的温度下，空气的体积与空气的压强的乘积是一个固定的常数，其中P为风机所产生的气体的压强（Pa），V为风机单位时间内所排出的空气的体积，P'为外界的空气压强，V'为相对于外界的空气体积。这样我们就通过可以计算出V'。
我们的目的是是要计算出空气的质量，进而进行压强的计算。有了气体的体积，我们就要找到当前的空气密度，进而求出质量。同样，通过PV?nRT我们可以推到出以下的公式：
mRT (2.6) M其中m为空气的质量，M空气的摩尔质量（通常为29g/mol）。通过公式（2.6）
PV?我们可以推到出以下公式：
mM?P (2.7) VRTm?Vρ (2.8)
然后根据公式(2.7)公式(2.8)我们可以得到外界的空气密度的计算公式:
pM ρ=? (2.9)
TR通过公式(2.9)，再根据空气一大气压下25摄氏度时空气密度是1.29kg/m3，我们可以算出空气在不同温度，不同压强下的空气密度，进而算出了空气的质量。空气的质量算出了，排风机的基本数学模型也就准备好了。
然后我们分别介绍定容和变容排风机的数学模型。 1.定容排风机
所谓定容排风机就是在开启风机后，风机的容量，风机所产生的压强是固定不变的，所以通过公式(2.5)我们可以算出定容风机单位时间内相对于外界的体积与压强，进而算出气体的质量，然后进行数字仿真。
2.变容排风机
所谓变容排风机就是风机的容量大小是可以根据实际的情况调节的，所以它单位时间内输出的气体体积是不定的，同时它的气体压强，也是不定的。所以，
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