船舶主机能效与通航环境动态响应关系研究

Ship energy efficiency promotion theory provides a concrete foundation for ship energy conservation and pollution reduction. The voyage environment influences the ship propulsion energy efficiency significantly, but the machanisms have not been thoroughly analyzed, which is one of the hot topics in shipping industry. Based on the characteristics of voyage enviromental impacting on the ship propulsion engine, this study would choose merchant ships in Changjiang river as research target, and combines mathematical analysis and experimental verification to evade the complexity and indeterminacy of mechanism analysis, the impacts to vessel propulsion energy efficiency from each envirionment fators will be studied, important fators and secondary fators would be distinguished, the dynamic response relationship theory between propulsion engine energy efficiency and vovage envirioment would be developed, and the energy efficiency promotion theory and method for propulsion engine would be summarized, under the impacts of vovage envirionment, which would serve the vovage planning, improve the precise and rational level of ship management, supply new strategy for shipping company to save energy and protect environment, thus promotes the green and low-carbon developments in shipping.

船舶能效提升理论是适应船舶节能减排趋势的理论基础。通航环境在很大程度上影响船舶主机能效，而且诸因素对船舶的影响机理尚未能得到系统和深入研究，是航运界关注的热点之一。本研究选择长江营运船舶为研究对象，针对通航环境要素对主机能效的影响特点，采用数学分析与实验验证相结合的方法，规避机理分析的复杂性和不确定性问题，分析随机环境因素对主机能效影响的统计特征，研究环境诸因素对船舶主机能效变化的影响机理，区分重要因素和次要因素，建立主机能效与通航环境的动态响应关系模型，提出在风向-流速-水深等通航环境要素作用下的船舶主机能效提升理论与方法，服务于航路规划，提高船舶管理精细与科学水平，为航运企业开展节能减排提供新策略，推动绿色低碳航运的发展。

船舶能效提升理论是适应船舶节能减排趋势的理论基础。通航环境在很大程度.上影响船舶主机能效，而且诸因素对船舶能效的影响机理尚未能得到系统和深入研究，是航运界关注的热点之一。本项目以内河营运船舶为研究对象，分析影响内河船舶主机能效的内外在因素，研究各种通航环境对船舶主机能效的影响机理以及各种船舶能效以及通航环境相关数据的采集方法，构建了船舶主机能效与通航环境实船监测系统，开展了不同季节长江各个航段的实船能效与通航环境数据采集，为船舶能效和通航环境建模奠定了基础。基于大量的实船试验数据，利用相关分析、聚类分析，灰色关联等方法，开展了随机环境因素对船舶主机能效影响的统计特征研究，具体包括通航环境要素对主机能效影响的主成分分析研究、通航环境与船舶主机能效的时空分布规律研究等。利用机理分析方法、数据统计分析方法以及数值仿真方法，开展了通航环境要素与船舶动力能效之间的动态响应关系研究，具体包括基于MATLAB/Simulink的船舶主机能效机理建模与仿真方法、基于BP神经网络的通航环境影响要素敏感性分析以及基于Ansys/CFD的船舶风载荷对能效影响研究。同时，利用动态规划方法，开展了内河环境下船舶航速优化方法研究，研究结果表明优化船舶的航行速度以及码头停泊时间等，能够提高10%的船舶营运能效水平。本项目开展通航环境对船舶主机能效的影响机理研究，将为内河船舶营运过程中的节能减排提供理论、方法和技术支持，有利于推动航运业的绿色、低碳与可持续发展，提升航运企业的竞争力。本研究既具有重要的理论研究价值，也具有很高的实际应用价值。