主機缸套水冷卻系統的Simulink建模與仿真

摘 要：以1100TEU集裝箱船的缸套水冷卻系統為研究對象，運用傳熱學的相關理論，對船舶主機缸套冷卻水系統的傳熱機理進行了分析，推導了系統主要部件的動態熱力數學模型，并據此在simulink中建立了缸套水冷卻系統的仿真模型；隨后仿真分析了系統控制通道和擾動通道的階躍響應曲線，得出了它們各自的近似傳遞函數。

關鍵詞：缸套水冷卻系統；建模與仿真；傳遞函數；simulink

中圖分類號：U661.43 文獻標志碼：A

1 引言

當主機缸套冷卻水的出機溫度過高時，將會導致缸壁磨損加劇，零部件強度降低及功率降低等不良影響；出機溫度過低時，又會出現機械損失和熱損失的增加，熱應力增大，缸壁出現凝水造成缸壁腐蝕等問題[1]。因此在船舶主機運行過程當中，為保證同時受到高溫燃氣和摩擦作用的主機部件能夠持續穩定可靠的工作，就需要對缸套冷卻水的出機溫度進行有效的控制。而在對不同的控制方式進行分析研究前，首先需要分析缸套水冷卻系統工作時的熱力動態過程，建立合理的數學模型，并對其進行仿真分析。

2 主機缸套水冷卻系統組成

本文以1100TEU集裝箱船的缸套水冷卻系統為研究對象。由圖1可見，缸套水從主機中出來經除氣后，首先進入造水機利用余熱進行海水制淡，造水機設置有旁通閥支路和節流孔板支路，用于調節造水機啟停時缸套水回路的熱力沖擊和壓降；然后通過溫控三通閥分流，一路進入缸套水冷卻器進行換熱冷卻后同另一路合流，最后通過離心泵泵送至主機對主機進行循環冷卻。

3 主機缸套冷卻的熱力數學模型

為簡化缸套冷卻水在主機內部的換熱過程，在分析缸套冷卻的熱力模型時，將主機內的所有換熱過程視作一個整體，換熱量即為冷卻水進出主機帶走的總熱量，同時忽略通過機體散發到環境中的熱量，簡化后的熱量傳遞關系見圖2。

7 結語

本文利用傳熱學相關理論，對船舶主機的缸套冷卻水系統各主要部件進行了熱力分析后建立了其各自的數學模型，在simulink中建立整個系統的仿真模型后將1100TEU集裝箱船主機缸套冷卻水的參數代入并進行了仿真計算，分析了系統的動態響應曲線，得出了系統的控制通道和擾動通道的近似傳遞函數，為今后關于缸套水溫度自動控制系統的研究與設計奠定了基礎。