摘 要

在当今社会，航运业面临着环境法规日益严格和能源危机导致的运输成本升高的严峻局面。在这严峻局面的影响下，航运业的节能减排越来越受到大家的关注。而现阶段船舶最直接、最便捷、最有效的节能减排手段就是降速航行。因此，通过构建船舶主机的油耗模型，建立起航速和油耗之间的关系并找出船舶航行中的经济航速具有重要意义。

本文以某内河游轮柴油机为研究对象，从主机的输出功率出发，通过研究船舶有效功率P_e、主机的输出功率P_b、船舶运行中受到的阻力R和主机单位时间的油耗Q_t之间的关系，综合考虑从主机输出到螺旋桨推动船舶前进过程中各个环节之间的效率，进行了理论分析和仿真试验。

针对船舶在航行过程中，主机油耗率会随着输出功率的改变而发生变化这一问题，根据柴油机的运行特性数据，利用回归多项式法拟合出了油耗率和输出功率的关系曲线，建立起了油耗率模型。并通过对其他船舶主机的台架实验和实测数据进行对比，对油耗率模型的精度和通用性进行了验证。基于油耗率模型，结合船舶在航行过程中与航速的关系，建立了主机整体油耗模型。通过仿真实验所得的具体关系曲线分析可知：船舶主机每小时油耗量随航速增加而增加，结合实际航行环境，进行适当降速航行可以起到节能减排的效果。

关键词：主机输出功率；油耗；油耗率；航速

Abstract

Nowdays，the shipping industry is facing with the grim situation of increasingly stringent environmental regulations and rising transportation cost caused by energy crisis,under this situation,the energy saving and emission reduction of the shipping industry has attracted more and more attention. The most immediate, convenient and effective way is to reduce the speed. Therefore, establish the relationship between speed and fuel consumption by constructing the fuel consumption model of the main engine of the ship and thus finding out the economical speed is of significant importance.

This paper has selected a river cruise ship diesel engine as the research object, starting from the output power of main engine,then studies the relationship between the P_e(effective power) of the ship, the P_b, in the navigation process and the oil consumption per unit time of the main engine, and finally considers comprehensively the efficiency in the proceeding process from the main engine to output and to the propeller to do the theoretical analysis and simulated test.

As the fuel consumption rate of the ship main engine would change after the main output power in the operation process, the thesis fit the relationship curve rine between the oil consumption rate and output power in the operation process according to the diesel engine’s accurancy,and universarity by comparing the bench tset of other ships with its measured data. Finally,by considering the fuel consumption rate model and the relationship between the ship and its speed in the navigation process, the over all fuel consumption model is established. According to the specific relationship curve line analysis, the oil consumption per hour would increase as the speed increases, and speed reduction could help save energy and reduce emission.

Key words: the output power of main engine; oil consumption; fuel consumption rate; navigational speed

目 录

第1章 绪论 1

1.1选题背景及研究意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文主要研究内容及文章结构 2

1.3.1主要研究内容 2

1.3.2文章结构 3

第2章 现有油耗模型的分析 4

2.1 基于经验公式的油耗计算方法 4

2.2基于船机桨关系的油耗模型 5

2.3其他油耗模型 5

2.4几种计算模型的对比 6

2.5本章小结 6

第3章 船舶主机动态油耗模型的构建 7

3.1理论基础 7

3.2目标船的选型 8

3.3船舶静水阻力的估算 8

3.3油耗率模型 10

3.3.1模型的建立 10

3.3.2 油耗率模型的验证 11

3.3.3目标船主机的油耗率模型 14

3.4基于simulink的主机整体油耗模型 15

3.4.1模型的建立 15

3.4.2模型的仿真分析与验证 16

3.4.3误差分析 17

3.5建议和应对措施 17

3.6本章小结 18

第4章 总结与展望 19

4.1本文研究工作总结 19

4.2展望 19

参考文献 20

致 谢 22

第1章 绪论

1.1选题背景及研究意义

近些年，全球变暖问题越来越受到人们的重视。随着研究的深入，引起这个问题的主要主要原因也归结于温室气体的排放。根据国际海洋组织的最新报告，航运业在2007年的碳排放近10亿吨，数年间其碳排放量增长了近1倍，约占全球碳排放量的3.3%。国际航运业的快速发展引起了CO₂排放急剧增加，日益引起了社会和环保组织的不满。欧洲环境署（EEA）发布的报告中指出，航运业是“目前最不受管制的空气污染源之一”。国际海事组织（IMO）的报告指出，全球航运业在2012年排放CO2约为9.38亿吨，占当年全球CO2排放总量的2.6%^[1-2]，如果航运业对碳排放不加以控制，将在2050年增长近5倍，占全球总排放的18%。

而作为全球贸易运输的主要方式，航运业在国民经济中一直扮演着重要角色。但是随着国内外航运的快速发展，船舶营运带来了一系列环境问题，如由于船舶营运过程中温室气体的排放导致全球变暖等问题，越来越受到人们的关注。同时，由于原油价格的持续上涨，燃油费用在船舶营运过程中占的比例也越来越高，而且近年来，航运业的不景气也早已过了“多拉快拉”的局面。因此，在这样双重的压力之下，航运业的节能减排迫在眉睫。