基本信息
- 项目名称：
- 船舶制冷与空调系统的建模仿真和虚拟现实
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 船舶制冷和空调系统是船舶的重要辅助设备，是设备正常运行的保障，也能够有效改善人们生活和工作环境，以及卫生条件。建立能准确反映船舶空调和制冷系统的数学模型对系统的运行控制、仿真和性能分析，以及实验室的建设都有重要意义。
- 详细介绍：
- 本文以“某某”轮的船舶制冷和空调系统为参考对象，通过用分布参数模型建立建立蒸发器和冷凝器，用集中参数模型建立压缩机和膨胀阀数学模型的方法，分别建立了空调制冷工况和制热工况时冷水机组以及空调室负荷工况的数学模型，以及总的模型的矩阵方程式，并通过引入冷凝器进口制冷剂焓值 未知量，改进了算法，然后以Matlab为仿真工具，进行了仿真计算，与实船测试数据进行了对比分析。验证了计算精度和仿真实时性有很大提高。 基于，通过建立龙格库塔解微分算法，调用船舶制冷和空调系统的数学模型，以及仿实船制冷和空调系统的PLC控制程序流程的运行逻辑关系和条件的方法，研发了船舶制冷和空调模拟器。并基于virtools三维仿真软件实现了三维视景的漫游，及其和二维模拟器之间的通讯和交互，并通过对空调和制冷设备进行选型、逻辑功能设计。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：船舶制冷与空调模拟器以及三维场景虚拟仿真主要用于学校和海员培训中心对学员进行培训和考核，使被培训人员能在与实船相似的场所下，进行反复多次的试验运行。思路：基于某某轮的船舶空调系统为对象，研究空调器的模型，及仿真技术，仿真结果与实船检测数据相比较，并用于轮机模拟器空调系统的研发。技术指标：操作面板进行各项手动、自动操作；显示重要参数的动态趋势图；实现了空调系统的虚拟场景。
科学性、先进性
- 科学先进性：在WINDOWS操作系统下，运用Visual C#.net集成开发环境，对硬件和使用环境没有特殊要求，在岸上和船上都可进行学习训练，非常适合学员自学和随时训练；有较强的真实感，操作真实性强。本文并新建了水冷螺杆冷水机组的动态模型，提出了标准螺杆冷水机组的动态模型的改进算法，研发了船舶空调模拟器，以及基于三维软件Virtools进行了场景虚拟仿真.使被培训人员能在与实船相似的场所下，进行反复多次的试验运行.取代耗资巨大的物理模拟和实物试验，充分发挥资源无限性。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图纸,现场演示,图片,其它
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品具有较强的真实感，界面友好，易于操作。由于采用基于软件的虚拟设备代替实际设备，增强了系统的灵活性和可扩展性，能够在保证较好的逼真度的前提下大幅度地提高仿真训练的辅助教学功能。本软件仿真系统能够适合有实船操作经验和无实船操作经验的轮机管理人员的培训需要。
同类课题研究水平概述
- 在本世纪70年代以前，就己有研究者通过简单的方法对制冷空调装置的流程进行模拟和分析。到本世纪80年代初，随着计算机技术的发展，国际上有学者开始通过建立复杂的微分方程组、应用计算机编程技术开展制冷空调装置系统性能的计算机模拟和预测研究工作。随着对制冷系统研究的进一步加深和计算机技术的迅猛发展，近几十年来，国际上许多著名大学和大型制冷企业的研究开发部门，德国、日本、荷兰、丹麦、美国等国家均有人开展这方面的工作，如美国杜邦公司仿真部、美国Profimations公司等已经将动态仿真技术大量应用于过程系统设计，并取得了一定的研究成果.在国内，上海交通大学、清华大学等许多高校均开展了制冷空调系统动态过程建模与仿真方面的理论研究和技术开发工作，特别是在蒸汽压缩式制冷空调系统的数学模型、仿真、试验、优化和控制等相关领域均取得了许多十分有价值的研究成果。 至于船舶制冷和空调系统模拟器的研发，船舶制冷和空调系统模拟器是用计算机仿真的方法将实船使用的控制箱体、模拟设备进行展示，模拟实船制冷和空调系统设备及其操作控制功能。由于它是一种培训现代远洋轮机人员经济、安全、高效的设施之一，国际海事组织(IMO)在STOW 78/ 95公约中已将其列人船员培训的必备条件之一，并对船舶制冷和空调系统模拟器的一般性能标准和建议性标准做了详细规定。我国轮机模拟器的研制起步较晚，条件差，但研究起点高，发展很快，但是目前国内外轮机模拟器主要是对发电机、主柴油机、推进系统及其辅助动力系统等主要系统建立全功能仿真模型，而对空调器及制冷机组子系统的建模及仿真则比较少、不完善，整个船舶制冷和空调装置的数学物理模型及其对动态过程的分析和显示均较为简单。以世界比较著名的公司为例，挪威NORCON公司和英国船商公司都是世界最著名研发模拟器公司之一，前者生产的轮机模拟器不包括船舶制冷和空调子系统，仅有一个带两个库的冷藏子系统，仿真运算时运行速度缓慢，蒸发冷凝压力等重要参数值不能实时显示；而后者研发的船舶制冷和空调子系统只包括一个界面，系统蒸发冷凝压力等重要参数值也不能实时显示，而且空调室是以冷剂而不是以冷水为介质进行换热，即不以冷水机组为模型建立空调和制冷系统。国内对船舶制冷和空调模拟仿真系统研究也比较匮乏，深度还不够，而且还没有发现以冷水机组为模型的仿真系统。
