第1章 绪论
图1.2 船商模拟器普通货船淡水冷却系统界面
Fig1.2 Display of fresh water cooling system of TRANSAS general cargo engine room simulator
主机冷却水系统模拟器是轮机模拟器的一部分，本世纪七十年代以来，挪威的挪控公司(NORControl)、英国船商公司(TRANSAS)、德国西门子公司(SIEMENS)、波兰Golynia航海学院、日本三菱公司(MITSUBISHI)、美国Avator技术公司等大公司和院校均开始研制和生产轮机仿真模拟器。其中以NORControl公司最为著名，产品居世界领先水平，已有近500部模拟仿真器交付全世界的商船公司、海军及航海院校、研究所和职业培训中心使用，约占整个市场份额的80%。下面介绍一下NORControl公司的产品RTA-III轮机模拟器。
RTA-III轮机模拟器由海水系统、淡水系统、滑油系统等组成。其特点是被仿真的轮机对象齐全，几乎无所不包，逼真度高，计算速度快。但人机界面不太友好。如图1.1所示。图1.2则是船商模拟器中的一个界面，它的人机界面较挪控公司的友好。
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船舶主机冷却水系统的建模与仿真
(2) 国内主机冷却水系统建模与仿真的发展动态。
在主机冷却水系统建模方面，国内也有很多高校的学者对主机冷却水系统的建模进行了比较深入的研究。上海海事大学的许晓彦老师在对冷却水系统进行建模时,采用的方法是首先针对系统管路中的各个器件分别建立稳态热传递数学模型,然后根据实情分别设置各自的时间常数,最后列出各个器件的动态模型。以中央冷却器的动态模型为基础的整个系统的模型也随之可获得。而大连海事大学的吴桂涛老师则通过传热学的有关理论，分析了各换热器冷热两侧的蓄热量的变化，得到了船舶主柴油机缸套冷却水系统的动态热力数学模型。
在仿真方面，我国的研究工作起步较晚，总体技术水平落后于发达国家。在上世纪70年代末，大连海运学院率先从Norcontrol公司引进了轮机模拟器。上世纪80年代中期，青岛远洋船员学院也从该公司进口了同类产品。这些产品目前已显得陈旧落后。1994年武汉交通科技大学和亚洲仿真控制系统工程有限公司共同研制了以杂货船舶为仿真对象的国产轮机模拟器。上海海运学院自1997研制了大型集装箱船舶机舱系统为仿真对象的国产轮机模拟器。上世纪90年代末大连海事大学开始启动新一代轮机模拟器研制项目，现已完成并投入使用。 1.2.3 国内外建模与仿真的现状分析
根据以上谈到的国内外建模与仿真的发展动态分析知，系统建模与仿真在各行各业中，作用日益突出，正在迅速发展为一种新兴的生产力。轮机仿真训练器的未来发展方向是系统模型更齐全、仿真效果更逼真，软硬互辅。
本课题是以大连海事大学校实习船主机冷却水系统为研究对象，经过适当的简化，得到主机冷却水系统的数学模型，从而对其进行比较精确的仿真,并在此基础上开发了主机冷却水系统仿真软件。
1.3 本文的主要工作及论文结构
第1章，绪论。主要对选题背景及意义和国内外的研究动态作了阐述。 第2章，主机中央冷却水系统概述。本章主要介绍了主机中央冷却水系统的概念及组成形式，结合大连海事大学校实习船，分析了主机中央冷却水系统的各个子系统的工作原理，为后文打下基础。
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第1章 绪论
第3章，主机缸套冷却水系统的管路水力数学模型。本章主要根据流体力学的相关原理，结合离心泵的工作特性，对主机缸套冷却水系统管路进行了水力分析和编程计算，得到了主机缸套冷却水系统的管路水力数学模型。
第4章，主机中央冷却水系统的热力数学模型。利用传热学的有关理论，对船舶主机缸套冷却水系统的传热机理进行分析，结合工程实际情况进行合理的简化，给出了具有船舶主机缸套冷却水系统的动态热力数学模型，并在此模型中考虑了温度的变化对换热器传热系数的影响，提高了模型的精确度。
第5章，基于SIMULINK的主机冷却水系统仿真。本章在前面工作的基础上，利用SIMULINK仿真工具，对已获得的主机冷却水系统的热力数学模型进行了仿真，得到了不同情况下的系统仿真曲线。并对所得到的曲线进行了分析，证明模型基本正确。
第6章，仿真软件的设计。根据实际情况，选择了.NET开发工具，进行仿真软件的程序编写。
第7章，船舶主机冷却水系统仿真界面的设计。在前文工作的基础上，设计了人机界面友好的仿真软件。
第8章，结论与展望。
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船舶主机冷却水系统的建模与仿真
第2章 船舶主机冷却水系统概述
2.1 主机中央冷却水系统的概念
中央冷却系统是20世纪70年代出现的一种新型的柴油机冷却系统。这种冷却系统的基本特点是使用不同工作温度的两个单独的淡水循环回路：高温淡水(80-85℃)和低温淡水(30-40℃)闭式回路。前者用于冷却主机，后者用于冷却高温淡水和各种冷却器(如：空气冷却器、滑油冷却器等)以及发电柴油机缸套。经过加热后的低温淡水再在中央冷却器中由海水进行冷却。由此，极大地简化了船舶海水冷却管系，使海水冷却管系最短，有力地阻止了因为海水腐蚀冷却器以及管路引起的船舶系统漏泄故障现象发生。因此，目前新造船舶的冷却水系统均采用中央冷却水系统，该系统主要由海水冷却回路、低温淡水冷却回路、高温淡水冷却回路等组成。
相比于传统的闭式淡水冷却系统，中央冷却水系统存在以下明显的优点： (1) 海水管系及中央冷却器的维修工作减至最低限度；
(2) 气缸冷却水温度稳定，不受工况变化的影响，使柴油机始终在最佳冷却状态下运转；
(3) 淡水循环可多年保持清洁，减轻了对发电柴油机和船舶推进主机缸套的腐蚀影响。
因此，在近年来建造的现代化船舶中，大多采用中央冷却系统。
大连海事大学实习船的主机中央冷却系统图如图2.1所示，为了体现系统的组成和特点以及各换热器之间的换热关系，让图形显得清晰明了，特意省去了各种进出口截止阀。
2.2 主机中央冷却水系统的组成
2.2.1 高温淡水回路
高温淡水的主要作用是冷却主机燃烧室部件，由于主机出口温度调节阀的作用，从主机出来的冷却水温度保持在70℃。然后进入除气柜，除去水中的空气，到达造水机[11]。造水机主要是利用高温淡水中的热能加热海水以制取淡水，可以
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第2章 船舶主机冷却水系统概述
利用余热提高主机的工作效率，在主机运行时才能工作。高温淡水在缸套水冷却器中经过低温淡水的冷却，温度降低，再次进入主机对主机燃烧室部件进行冷却，进而循环下去。
高温淡水回路主要换热设备有主机缸套，造水机和高温淡水系统三通阀。
其它设备 主机高温淡水冷却器 主机滑油冷却器 高温淡水三通阀 造水机 主机 高温淡水泵 主机空气冷却器 低温淡水冷却器 低温淡水三通阀 图2.1 主机冷却水系统示意图
Fig. 2.1 The sketch map of main engine cooling water system
低温淡水泵 (1) 主机缸套冷却
主机缸套冷却主要是指冷却水对缸套上部燃烧室附近的缸套部分冷却、对气缸盖的冷却以及对排气阀的冷却。冷却水从缸套中部进入冷却水套，对缸套的外
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