船舶燃?xì)廨啓C(jī)間冷循環(huán)

間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)總體性能仿真研究指導(dǎo)教師：李淑英教授

專業(yè)：動(dòng)力機(jī)械及工程碩士研究生：應(yīng)雨龍大功率先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)是未來船舶動(dòng)力的主要研究發(fā)展方向我國在燃?xì)廨啓C(jī)事業(yè)上起步較晚的實(shí)際情況，利用母型機(jī)改造大功率IC循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)是目前可行且符合實(shí)際的發(fā)展方向總體性能的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與控制策略是其改造所解決的關(guān)鍵技術(shù)之一目的/意義：從理論預(yù)測(cè)的角度為實(shí)際間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)、研發(fā)、優(yōu)化及使用策略提供一定的技術(shù)借鑒間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)裝置原理圖air進(jìn)口空氣，LC低壓壓氣機(jī)，IC機(jī)上中間冷卻器，HC高壓壓氣機(jī)，CC燃燒室，HT高壓渦輪，LT低壓渦輪，PT動(dòng)力渦輪，coolant乙二醇水溶液冷卻劑，fuel燃料，Gas燃?xì)猓琹oad負(fù)載，off-engineIC機(jī)外海水換熱器，seawater海水論文主要研究?jī)?nèi)容：設(shè)計(jì)、優(yōu)化及使用策略間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)仿真專題軟件（第三章）：仿真平臺(tái)海水溫度、間冷度、乙二醇水溶液流量、大氣溫度對(duì)總體性能的影響規(guī)律如何？總體性能仿真評(píng)估軟件（第四章）：設(shè)計(jì)、優(yōu)化輸出功率最優(yōu)時(shí)工作過程參數(shù)如何設(shè)計(jì)？循環(huán)效率最優(yōu)時(shí)工作過程參數(shù)如何設(shè)計(jì)？輸出功率和循環(huán)效率最優(yōu)時(shí)工作過程參數(shù)如何設(shè)計(jì)？在輸出功率指標(biāo)給定時(shí)，循環(huán)效率最優(yōu)時(shí)工作過程參數(shù)如何設(shè)計(jì)？帶發(fā)電機(jī)組性能仿真軟件（第六章）：控制策略帶機(jī)械推進(jìn)機(jī)組性能仿真軟件（第五章）：控制策略加速過程的供油規(guī)律如何？間冷器工作模式切換時(shí)的供油方案如何？海水溫度隨季節(jié)性交替變化或在不同海域時(shí)，如何調(diào)節(jié)合理的乙二醇水溶液流量和海水流量來改善機(jī)組總體性能和內(nèi)部通流情況？加載過程時(shí)何種加載方式合理？突甩負(fù)荷時(shí)發(fā)電模塊控制策略？海水溫度隨季節(jié)性交替變化或在不同海域時(shí)，如何調(diào)節(jié)合理的乙二醇水溶液流量和海水流量來改善機(jī)組總體性能和內(nèi)部通流情況？船-機(jī)-槳的匹配特性？第二章間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和仿真模型船舶間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、子系統(tǒng)及各部件構(gòu)成間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)仿真模塊庫的前提和基礎(chǔ)任何動(dòng)力學(xué)問題主要都是研究慣性系統(tǒng)在外力和外力矩作用下的運(yùn)動(dòng)。間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)裝置也是一個(gè)慣性系統(tǒng)，決定其熱力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的主要有各轉(zhuǎn)動(dòng)慣性、容積慣性和中間冷卻器的熱慣性。各個(gè)慣性環(huán)節(jié)的微分方程構(gòu)成了間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，而各部件的特性方程組和各部件之間的參數(shù)聯(lián)系方程組構(gòu)成了解此數(shù)學(xué)模型時(shí)所必備的必要的輔助方程組。間冷系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和仿真模型船舶燃?xì)廨啓C(jī)間冷系統(tǒng)用集總參數(shù)法建立的計(jì)算模型具有算法簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用在換熱器性能的仿真計(jì)算中，但由于這種方法極大地忽略了在換熱器中工質(zhì)溫度沿著流動(dòng)方向的分布情況，因此在初始動(dòng)態(tài)差異較大的情況下，單純使用集總參數(shù)法對(duì)換熱器進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真時(shí)容易會(huì)出現(xiàn)“畸”點(diǎn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致偏離甚至違背真實(shí)的換熱情形[91]。現(xiàn)階段在探索換熱器穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能研究中，余又紅等人采用集總參數(shù)法建立了通用的換熱器計(jì)算仿真模型，并進(jìn)行了換熱器特性仿真計(jì)算[92]。馬進(jìn)等人使用集總參數(shù)法應(yīng)用在管式換熱器的動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算時(shí)發(fā)生了畸點(diǎn)錯(cuò)誤現(xiàn)象，對(duì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象的過程進(jìn)行了分析[93]。王兵樹等人深入研究了產(chǎn)生畸點(diǎn)錯(cuò)誤的機(jī)理，探討了消除畸點(diǎn)錯(cuò)誤的可能性[94]，冷偉等人對(duì)采用集總參數(shù)法計(jì)算換熱器動(dòng)態(tài)特性時(shí)產(chǎn)生初始負(fù)偏移機(jī)理現(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步研究，并探討了選擇不同集總參數(shù)會(huì)對(duì)動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算結(jié)果造成的影響，并提出了分段進(jìn)行集總參數(shù)法建模仿真的建議[95]。張一嗚等人對(duì)采用分段進(jìn)行集總參數(shù)法對(duì)換熱器進(jìn)行建模仿真做了深入研究，分析了分段后各段換熱器模型中對(duì)流換熱系數(shù)的選取方式以及最佳分段數(shù)的建議，并進(jìn)行了相應(yīng)的分段前后換熱器穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的對(duì)比研究[91]，但在研究中忽略了換熱器中氣體工質(zhì)的容積效應(yīng)。本文綜合了上述參考文獻(xiàn)的建議，并在換熱器中考慮了氣體工質(zhì)側(cè)的容積效應(yīng)，為建立更為準(zhǔn)確的換熱器仿真模型，并降低模型的復(fù)雜度，在理論分析中假定[82]：（1）冷側(cè)和熱側(cè)流體的溫度只考慮沿著流路方向變化，即類似于一維管流的情況。（2）在動(dòng)態(tài)仿真過程中，換熱器芯體金屬壁面的儲(chǔ)熱系數(shù)不變。（3）液體工質(zhì)通過換熱器時(shí)質(zhì)量流量保持不變，即可忽略換熱器中液體側(cè)工質(zhì)的容積效應(yīng)?？紤]到熱空氣側(cè)容積效應(yīng)的影響，可將熱空氣側(cè)模塊分成容積模塊和換熱模塊兩個(gè)部分，如圖所示。對(duì)于機(jī)外液-液海水換熱器則只著重考慮其換熱性能而忽略冷熱兩端的流體側(cè)的容積效應(yīng)。在考慮分段之前，先建立集總參數(shù)法數(shù)學(xué)計(jì)算模型：（1）機(jī)上中間冷卻器數(shù)學(xué)模型：冷側(cè)（乙二醇水溶液）：質(zhì)量守恒方程：

能量守恒方程：熱側(cè)（壓縮空氣）：在容積模塊中：在換熱模塊中：質(zhì)量守恒方程：能量守恒方程：參考文獻(xiàn)[81]有壓力損失方程：金屬壁面的能量守恒方程:（2）對(duì)于機(jī)外液-液海水換熱器，則只考慮換熱器的熱效應(yīng)，而忽略其容積效應(yīng)。熱側(cè)（乙二醇水溶液）：質(zhì)量守恒方程：能量守恒方程：冷側(cè)（海水）：質(zhì)量守恒方程：能量守恒方程：金屬壁面的能量守恒方程：第三章間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)仿真專題軟件的開發(fā)研究間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)軟件有效性校核本文以原某型三軸母型機(jī)的核心性能參數(shù)來作為有效性校核數(shù)據(jù)，采用的熱力校核方法為：（1）利用“已知空氣流量的熱力循環(huán)計(jì)算”功能模塊，給定周圍大氣條件、燃?xì)廨啓C(jī)的工作過程參數(shù)、各部件的效率和損失系數(shù)，在給定的空氣質(zhì)量流量下，分別校核系統(tǒng)性能參數(shù)（燃油流量、輸出功率和循環(huán)效率）；（2）利用“已知輸出功率的熱力循環(huán)計(jì)算”功能模塊，給定周圍大氣條件、燃?xì)廨啓C(jī)的工作過程參數(shù)、各部件的效率和損失系數(shù)，在給定的所需輸出功率下，分別校核系統(tǒng)性能參數(shù)（燃油流量、空氣流量和循環(huán)效率）。參數(shù)參考值計(jì)算值誤差值燃油流量/(kg·s-1)1.62541.61290.77%循環(huán)效率/%34.9434.98570.13%輸出功率/kW24265240950.7%表

三軸燃?xì)廨啓C(jī)校核表（設(shè)計(jì)工況）參數(shù)參考值計(jì)算值誤差值燃油流量/(kg·s-1)1.62541.62430.0677%空氣流量/(kg·s-1)82.182.67850.7%循環(huán)效率/%34.9434.98570.13%第四章總體性能仿真評(píng)估軟件：設(shè)計(jì)、優(yōu)化參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值環(huán)境大氣溫度（kpa

）101.325低壓渦輪效率

0.873環(huán)境大氣壓力（K）300高壓渦輪效率

0.864進(jìn)氣道總壓恢復(fù)系數(shù)0.98動(dòng)力渦輪效率

0.929排氣道總壓恢復(fù)系數(shù)0.97高壓軸機(jī)械效率0.995低壓軸機(jī)械效率0.995中間冷卻器壓力恢復(fù)系數(shù)

0.95高壓壓氣機(jī)效率

0.855燃燒室總壓恢復(fù)系數(shù)

0.05燃燒室效率

0.99燃料低熱值

（kJ/kg）42700引入高壓渦輪的冷卻空氣系數(shù)0.09146引入低壓渦輪的冷卻空氣系數(shù)0.03836引入動(dòng)力渦輪的冷卻空氣系數(shù)0.01541低壓壓氣機(jī)效率

0.882空氣流量(kg/s)82.11低壓壓氣機(jī)壓比3.64高壓壓氣機(jī)壓比5.67機(jī)上間冷度0.85機(jī)外間冷度0.85海水流量(kg/s)300乙二醇水溶液流量(kg/s)300海水進(jìn)口溫度/K300海水比熱(kJ/kg·K)4.096乙二醇水溶液比熱(kJ/kg·K)3.3大氣溫度變化對(duì)間冷循環(huán)燃機(jī)的影響規(guī)律分析海水溫度變化對(duì)間冷循環(huán)燃機(jī)的影響規(guī)律分析機(jī)上間冷度變化對(duì)間冷燃機(jī)的影響規(guī)律分析機(jī)外間冷度變化對(duì)間冷燃機(jī)的影響規(guī)律分析乙二醇水溶液流量變化對(duì)間冷循環(huán)燃機(jī)的影響規(guī)律分析以輸出功率為目標(biāo)的優(yōu)化分析參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值高壓壓氣機(jī)壓比4.3556低壓壓氣機(jī)壓比7.4691機(jī)上間冷度0.9渦輪前溫度/K1600輸出功率（MW）40.9635循環(huán)效率/%42.4895機(jī)外間冷度0.9以循環(huán)效率為目標(biāo)的優(yōu)化分析參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值高壓壓氣機(jī)壓比13.3332低壓壓氣機(jī)壓比5.4114機(jī)上間冷度0.9渦輪前溫度1600輸出功率（MW）36.9134循環(huán)效率46.0726機(jī)外間冷度0.9參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值高壓壓氣機(jī)壓比6.9939低壓壓氣機(jī)壓比6.3916間冷度0.9渦輪前溫度/K1600輸出功率（MW）40.2615循環(huán)效率/%44.6894以功率和效率為目標(biāo)的優(yōu)化分析參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值高壓壓氣機(jī)壓比13.4715低壓壓氣機(jī)壓比5.4047間冷度0.9渦輪前溫度1600空氣流量（kg/s）89.1737循環(huán)效率46.08640MW燃機(jī)以效率為目標(biāo)的優(yōu)化分析第五章帶機(jī)械推進(jìn)機(jī)組性能仿真軟件：控制策略

雙機(jī)雙槳的運(yùn)行模式：艦船重量為8000噸在機(jī)槳匹配時(shí)航速為24.18節(jié)機(jī)械推進(jìn)機(jī)組加速過程仿真機(jī)械推進(jìn)機(jī)組減速過程仿真加速過程供油規(guī)律優(yōu)化仿真研究中間冷卻器從工作到不工作轉(zhuǎn)換冷卻劑和海水流動(dòng)被切斷，兩者流量都由原來的300kg/s在10s內(nèi)降為0kg/s，燃油流量維持在2.22kg/s（即額定工況下）

中間冷卻器從不工作到工作轉(zhuǎn)換帶動(dòng)機(jī)械推進(jìn)機(jī)組時(shí)間冷系統(tǒng)流動(dòng)參數(shù)優(yōu)化分析保持海水流量為300kg/s，進(jìn)口溫度為300.15K，供油流量為2.22kg/s，通過仿真實(shí)驗(yàn)，考察不同乙二醇冷卻溶液流量對(duì)空氣側(cè)出口溫度、氣體側(cè)的出口密度、氣體側(cè)的出口體積流量及間冷度的影響

在乙二醇水溶液流量為300kg/s，供油流量為2.22kg/s，海水進(jìn)口溫度為300K時(shí)，通過仿真實(shí)驗(yàn)，考察不同海水流量對(duì)空氣體側(cè)出口溫度、出口密度、出口體積流量及間冷度的影響在乙二醇水溶液流量為300kg/s，供油流量為2.22kg/s，海水流量為300kg/s時(shí)，通過仿真實(shí)驗(yàn)，考察不同海水溫度對(duì)機(jī)上中間冷卻器空氣側(cè)出口溫度、出口密度、出口體積流量及間冷度的影響第六章帶發(fā)電機(jī)組性能仿真軟件：控制策略

電力推進(jìn)機(jī)組加載過程仿真電力推進(jìn)機(jī)組減載過程仿真當(dāng)間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工作時(shí)，轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)時(shí)對(duì)動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)突然甩負(fù)荷時(shí)，若動(dòng)力渦輪的轉(zhuǎn)速值和額定轉(zhuǎn)速值的偏差絕對(duì)值大于設(shè)定值時(shí)，高壓壓氣機(jī)放氣開口閥就會(huì)打開進(jìn)行放氣調(diào)節(jié)，同時(shí)模糊自適應(yīng)PID也會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制；若轉(zhuǎn)速偏差絕對(duì)值小于設(shè)定值時(shí)，高壓壓氣機(jī)放氣開口閥就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)只有模糊自適應(yīng)PID進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，直到轉(zhuǎn)速重新趨于額定轉(zhuǎn)速。將間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行在額定工況，在500s時(shí)，突然甩50%、75%額定負(fù)荷，通過仿真實(shí)驗(yàn)，分別記錄用傳統(tǒng)PID控制器、模糊自適應(yīng)PID控制、傳統(tǒng)PID與高壓壓氣機(jī)放氣聯(lián)合控制、模糊自適應(yīng)PID與高壓壓氣機(jī)放氣聯(lián)合控制時(shí)的動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速信號(hào)變化情況：為得到更好的效果，對(duì)以上的控制方案進(jìn)行改進(jìn)，采用模糊自適應(yīng)PID控制器和PI控制器的雙模切換控制和高壓壓氣機(jī)聯(lián)合控制，控制開關(guān)在系統(tǒng)誤差較大時(shí)接通模糊控制器，來克服不確定性因素的影響；在系統(tǒng)誤差較小時(shí)接通PI控制器來消除穩(wěn)態(tài)誤差，裝置原理如圖所示：將間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行在額定工況，在500s時(shí)，突然甩50%、75%額定負(fù)荷，通過仿真實(shí)驗(yàn)，分別記錄用模糊自適應(yīng)PID與高壓壓氣機(jī)放氣聯(lián)合控制、模糊自適應(yīng)PID控制器和PI控制器的雙模切換控制和高壓壓氣機(jī)聯(lián)合控制時(shí)的動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速信號(hào)變化情況：帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組時(shí)間冷系統(tǒng)流動(dòng)參數(shù)優(yōu)化分析：在乙二醇水溶液流量為300kg/s，海水流量為300kg/s時(shí)，不同海水溫度對(duì)機(jī)上中間冷卻器空氣側(cè)出口溫度、空氣側(cè)的出口密度、空氣側(cè)的出口體積流量及間冷度的影響保持海水流量為300kg/s，進(jìn)口溫度為300.15K，通過仿真實(shí)驗(yàn)，考察不同乙二醇冷卻溶液流量對(duì)空氣側(cè)出口溫度、氣體側(cè)的出口密度、氣體側(cè)的出口體積流量及間冷度的影響在乙二醇水溶液流量為300kg/s，海水進(jìn)口溫度為300K時(shí)，通過仿真實(shí)驗(yàn)，考察不同海水流量對(duì)空氣側(cè)出口溫度、出口密度、出口體積流量及間冷度的影響

總結(jié)

總結(jié)國內(nèi)外對(duì)間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的研究與發(fā)展概況，本文主要對(duì)間冷燃?xì)廨啓C(jī)總體性能與控制策略開展了研究，利用建模、仿真手段，通過模擬船用間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，從理論預(yù)測(cè)的角度為實(shí)際間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)、、優(yōu)化和使用策略提供一定的技術(shù)借鑒。本文主要完成了如下的工作：（1）根據(jù)熱力系統(tǒng)機(jī)理建模法，建立了間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的各個(gè)部件和負(fù)載的數(shù)學(xué)模型，再根據(jù)模塊化建模理論建立了相應(yīng)的仿真模型并進(jìn)行了封裝，它是組建成間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)仿真模塊庫的前提和基礎(chǔ)。最后，對(duì)緊湊式中間冷卻器的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真模擬分析，分析了變工況下中間冷卻器熱慣性對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。

（2）根據(jù)自上而下的建模思想，通過對(duì)間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的分解，建立了由各個(gè)部件構(gòu)成的仿真模塊庫。利用Matlab/Simulink/GUI軟件平臺(tái)建立了船舶間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)仿真界面，實(shí)現(xiàn)了通過人機(jī)界面控制仿真模型，并能進(jìn)行后處理等功能，開發(fā)了一套具有可擴(kuò)展性的通用化的船用間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)仿真專題軟件，可以通過該專題軟件的仿真評(píng)估來對(duì)間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)、優(yōu)化與控制策略開展研究。（3）運(yùn)用已編制的面向?qū)ο蟮拈g冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)總體性能仿真評(píng)估軟件，進(jìn)行了海水溫度變化、機(jī)上中間冷卻器間冷度變化、機(jī)外中間冷卻器間冷度變化、乙二醇水溶液流量變化、大氣溫度變化對(duì)間冷循環(huán)燃機(jī)的影響分析，得到了各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)總體性能的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法又分別編制了以循環(huán)效率最優(yōu)為目標(biāo)、以輸出功率最優(yōu)為目標(biāo)及兩者最優(yōu)為目標(biāo)的優(yōu)化軟件，并得到了達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)時(shí)所應(yīng)取得熱力循環(huán)過程參數(shù)值，從而為實(shí)際IC循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。（4）運(yùn)用已建立的船用IC循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)仿真專題軟件，先對(duì)船用IC循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)機(jī)械推進(jìn)機(jī)組船-機(jī)-槳的匹配特性進(jìn)行了分析，然后分析了機(jī)組在不同工況（加、減速過程）機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性。為了保證機(jī)組具有良好的安全性、可靠性和機(jī)動(dòng)性，提出了加速過程時(shí)供油規(guī)律的優(yōu)化方案和中間冷卻器工作模式切換時(shí)的供油方案，其次，針對(duì)此時(shí)負(fù)載特性，進(jìn)一步進(jìn)行了機(jī)組的間冷系統(tǒng)流動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化分析研究，得到了合理的乙二醇水溶液流量和海水流量調(diào)節(jié)規(guī)律。為將來船用間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)機(jī)械推進(jìn)機(jī)組的實(shí)際使用提供了控制策略。（5）運(yùn)用已建立的仿真專題軟件，先對(duì)船用間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)性能仿真，進(jìn)行了機(jī)組的加載和減載動(dòng)態(tài)特性分析。為保證機(jī)組的安全可靠性，通過動(dòng)態(tài)仿真分析提出了在加載過程中進(jìn)行分級(jí)加載的方案。其次，針對(duì)機(jī)組突甩負(fù)荷的減載過程中動(dòng)力渦輪容易出現(xiàn)超速的現(xiàn)象，進(jìn)行了IC循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電模塊控制策略研究，提出了采用模糊自適應(yīng)PID控制器和PI控制器的雙模切換控制和高壓壓氣機(jī)聯(lián)合控制的方案。最后，針對(duì)此時(shí)負(fù)載特性，進(jìn)一步進(jìn)行了機(jī)組的間冷系統(tǒng)流動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化分析研究，得到了合理的乙二醇水溶液流量和海水流量調(diào)節(jié)規(guī)律。為將來船用間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)綜合電力推進(jìn)機(jī)組的實(shí)際使用提供了控制策略。得到了如下結(jié)論：（1）由于中間冷卻器熱慣性的影響，在變工況過程中，熱空氣側(cè)進(jìn)、出口溫度不能同時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，熱側(cè)出口溫度需要更長的時(shí)間才能趨于平穩(wěn)，這將對(duì)機(jī)組在變工況過程中的加載性造成影響，從而影響機(jī)動(dòng)性。（2）在其他設(shè)計(jì)參數(shù)不變時(shí)，海水溫度、大氣溫度變化對(duì)燃機(jī)性能的影響呈線性化的規(guī)律變化，其中大氣溫度變化對(duì)輸出功率和循環(huán)效率影響較大，而海水溫度變化對(duì)輸出功率影響較大。（3）在其他設(shè)計(jì)參數(shù)不變時(shí)，機(jī)上間冷器的間冷度對(duì)燃機(jī)性能的影響幾乎呈線性的規(guī)律變化，影響較大，說明了必須保證機(jī)上間冷器高效、緊湊的重要性。機(jī)外間冷器的間冷度對(duì)燃機(jī)性能的影響呈起初變化劇烈后期（間冷度達(dá)到0.4后）趨于平緩的曲線規(guī)律變化，影響較機(jī)上間冷器小得多。（4）若要使輸出功率最優(yōu)時(shí)，可在實(shí)際設(shè)計(jì)中取壓比分配為=4.3556:7.4691；若要使循環(huán)效率盡最優(yōu)時(shí)，可在實(shí)際設(shè)計(jì)中取壓比分配為=13.3332:5.4114；若要使輸出功率和循環(huán)效率都達(dá)最優(yōu)時(shí)，可在實(shí)際設(shè)計(jì)中取壓比分配為=6.9939:6.3916。以當(dāng)前某型簡(jiǎn)單循環(huán)三軸燃?xì)廨啓C(jī)渦輪前溫度（1543K）下,取常用實(shí)際機(jī)上、機(jī)外間冷度0.85的情況下，取以上三種高、低壓壓比分配時(shí)，輸出功率都隨著總壓的增大呈先增大后減小的趨勢(shì)，輸出功率最佳時(shí)的總壓比應(yīng)該取24左右，而循環(huán)效率在總壓比取值從10到40的區(qū)間呈現(xiàn)開始增大很快而后趨于平緩的曲線，循環(huán)效率最佳時(shí)的總壓比超過了40。（5）在防超速的調(diào)節(jié)中，上偏移的加載規(guī)律要優(yōu)于原供油方案和下偏移供油方案，而方案二的加載性要稍慢于方案一，但超調(diào)量要略低，在保證良好的加載性下能更好的確保機(jī)組不超載；在防超溫的調(diào)節(jié)中，上偏移的加載規(guī)律要優(yōu)于原供油方案和下偏移的供油方案，而方案二的出口溫度的最大峰值要低于方案一，能更好的確保機(jī)組不超溫；五種供油方案都能確保低壓轉(zhuǎn)子和高壓轉(zhuǎn)子在加速過程中迅速響應(yīng)，并平穩(wěn)過渡到所需工況。且在上偏移的供油規(guī)律調(diào)節(jié)下，高、低壓轉(zhuǎn)子的響應(yīng)速度要優(yōu)于另外三種的調(diào)節(jié)規(guī)律。由上偏移調(diào)節(jié)方案中的方案一和方案二的供油規(guī)律比較可以看出，上偏移量并非越大越好，如此處，方案二的供油規(guī)律調(diào)節(jié)效果要由于方案一。（6）中間冷卻器失效后，在額定供油下，燃?xì)廨啓C(jī)高壓渦輪進(jìn)口溫度超過最高溫度限制，這是不允許的，同時(shí)，由于中間冷卻器內(nèi)還殘存的乙二醇水溶液也將被高溫氣體燒沸，使中間冷卻器內(nèi)部壓力過大而發(fā)生爆裂，需要一個(gè)泄壓閥門來降低這種情況下的中間冷卻器冷卻溶液側(cè)壓力。在不超過規(guī)定的燃?xì)廨啓C(jī)工作極限且中間冷卻器不工作時(shí)，間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)只能運(yùn)行在較低工況（將燃油流量降低至1.6kg/s）且發(fā)出較小的功率。如果機(jī)組在較高工況運(yùn)行時(shí)中間冷卻器突然停止工作，則必須及時(shí)將供油量降下來，防止燃?xì)廨啓C(jī)超溫。（7）在中間冷卻器從不工作切入到工作模式的同時(shí)，可將燃油流量從1.6kg/s在80s內(nèi)增加到額定工況時(shí)的供油流量，此時(shí)燃燒室出口溫度起初劇烈地波動(dòng)后最終趨于平穩(wěn)，且最大峰值沒有超溫，動(dòng)力渦輪輸出功率也重新恢復(fù)到額定工況值。通過仿真結(jié)果表明在中間冷卻器從不工作到工作的轉(zhuǎn)換時(shí)，這樣的供油調(diào)節(jié)能有利于實(shí)際機(jī)組運(yùn)行時(shí)的安全、可靠。（8）海水溫度對(duì)間冷循環(huán)帶動(dòng)機(jī)械推進(jìn)機(jī)組時(shí)的性能影響很顯著，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要詳細(xì)考慮海水溫度在可能變化范圍內(nèi)對(duì)機(jī)組性能的影響，且確定合理的乙二醇水溶液流量和海水流量是間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)機(jī)械推進(jìn)機(jī)組時(shí)間冷系統(tǒng)流動(dòng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，通過仿真實(shí)驗(yàn)，分析了這些參數(shù)對(duì)間冷系統(tǒng)和機(jī)組性能的影響，得到以下結(jié)論：①隨著乙二醇水溶液的流量的增大，機(jī)上中間冷卻器的間冷度和空氣體側(cè)的出口密度逐漸增大，熱空氣體側(cè)的出口溫度和出口體積流量逐漸降低，且起初階段變化幅度很快，從而可以提高中間冷卻器的換熱效率，改善流入高壓壓氣機(jī)的通流情況，減少高壓壓氣機(jī)增加的額外做功負(fù)擔(dān)，但當(dāng)流量增大到150kg/s后，效果會(huì)不再明顯，此時(shí)的間冷度為0.85左右，已經(jīng)達(dá)到工程設(shè)計(jì)的指標(biāo)，且加上大流量的會(huì)給間冷系統(tǒng)乙二醇冷卻液內(nèi)循環(huán)中的流道管路設(shè)計(jì)帶來很大困難，因此乙二醇的流量取150kg/s為宜。②隨著海水流量的增加，空氣側(cè)的出口溫度降低，空氣側(cè)的出口密度增大，而使空氣側(cè)的體積流量降低，且起初階段變化幅度很快，有利于改善流入高壓壓氣機(jī)的通流情況，減少高壓壓氣機(jī)增加的額外做功負(fù)擔(dān)，但隨著海水流量的繼續(xù)增加影響會(huì)稍微趨于平緩，而且各參數(shù)總體變化幅度要明顯小于調(diào)節(jié)乙二醇水溶液流量時(shí)的情況。隨著海水流量的增大，機(jī)上中間冷卻器的間冷度會(huì)略微降低，但不會(huì)小于0.88，仍能保證機(jī)上中間冷卻器高效性。因此在乙二醇水溶液流量確定的前提下，通過合理控制海水流量可以一定程度上達(dá)到預(yù)期的換熱效果。③當(dāng)海水溫度由0℃到20℃變化時(shí)，對(duì)機(jī)組性能基本無影響，此時(shí)，只需調(diào)節(jié)海水流量變可以改善機(jī)組總體性能和內(nèi)部通流情況；而海水溫度由20℃升高到40℃時(shí)，對(duì)機(jī)上中間冷卻器的空氣側(cè)的出口溫度、和出口體積流量會(huì)迅速增大，空氣側(cè)出口密度迅速降低，將會(huì)惡化流入高壓壓氣機(jī)的通流情況，增加高壓壓氣機(jī)的額外做功負(fù)擔(dān)，對(duì)機(jī)組性能影響劇烈，幾乎呈線性變化。因此特別在夏季炎熱海域時(shí)，需要調(diào)節(jié)乙二醇冷卻液流量在150kg/s，并同時(shí)合理調(diào)節(jié)海水流量來改善機(jī)組總體性能和內(nèi)部通流情況。（9）對(duì)于間冷循環(huán)燃機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行加載時(shí)，為保證機(jī)組不超溫、動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速超調(diào)量較小、安全可靠的運(yùn)行，需要對(duì)機(jī)組進(jìn)行分級(jí)加載。（10）在發(fā)電機(jī)組突然甩負(fù)荷時(shí),動(dòng)力渦輪突然輕載,