大連海事大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于MATLAB的船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)仿真

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1、 大連海事大學(xué) ┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊ 畢 業(yè) 論 文 　 　　 基于MATLAB的船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)仿真 摘 要 世界造船業(yè)進(jìn)入了‘?dāng)?shù)字化’階段。船舶的每個(gè)系統(tǒng)都可以進(jìn)行建模與仿真。船舶機(jī)艙是船舶的動(dòng)力、電力中心，是輪機(jī)人員進(jìn)行管理的場(chǎng)所。要保證機(jī)艙內(nèi)動(dòng)力及輔助設(shè)備的高效運(yùn)行，并為工作人員提供舒適的工作環(huán)境，必須在機(jī)艙內(nèi)建立并維持適宜的環(huán)境條件，船舶機(jī)艙通風(fēng)的目的就在于此。目前在生產(chǎn)單位的設(shè)計(jì)中，船舶都依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)以保證適宜

2、的機(jī)艙環(huán)境。 本文主要是基于MATLAB平臺(tái)，針對(duì)船舶通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行‘?dāng)?shù)字化’的仿真。為船舶通風(fēng)設(shè)備的制造與運(yùn)行提供一個(gè)理論的支持與數(shù)字化的體現(xiàn)，為船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行和艙室內(nèi)氣壓的變化提供理論參考。此次仿真是基于集裝箱船的通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，通過(guò)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和各個(gè)密閉空間模塊的差異對(duì)船舶通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分歸類，進(jìn)而對(duì)劃分的定、變?nèi)蒿L(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字建模與界面仿真，同時(shí)對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)下的密閉空間模塊進(jìn)行數(shù)字建模與界面仿真，最終達(dá)到對(duì)通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)的界面化，同時(shí)可以實(shí)時(shí)的控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)量以及各個(gè)密閉空間氣閥的閥值，從而對(duì)艙室的氣壓進(jìn)行控制與穩(wěn)定,并且可以動(dòng)態(tài)的顯示氣壓變化趨勢(shì)的要求。

3、 關(guān)鍵詞：排（送）風(fēng)機(jī)；通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)；數(shù)值仿真；仿真建模；控制系統(tǒng) ABSTRACT World shipbuilding industry has entered a digital phase. Each ship’s system can be modeling and simulation. Ship engine room is the driving force, power center.It is the engineer who managed the place. To ensure that the cabi

4、n power and auxiliary equipment running efficiently and to provide staff with a comfortable working environment, It must be established and maintained in the cabin suitable environmental conditions. It is the ship engine room ventilation purpose . Currently in the design of production units, based o

5、n experience to design vessels are mechanical ventilation system in order to ensure the appropriate cabin environment. This article is based on matlab platform for ship ventilation duct networks digital in the simulation. Ventilation equipment for the manufacture and ship operation to provide a the

6、oretical support and reflect the number of sub-oriented, for the ships engine room ventilation system air pressure changes in the long-running and provide a theoretical reference. The simulation is based on the container ship ventilation duct network design, through the fan system and differences be

7、tween the various modules confined space ventilation ducts on the ship is classified networks, and thus on the division of fixed, variable volume fan system module subsystem for digital modeling and simulation interface, while the confined space under each subsystem modules for digital modeling and

8、simulation interface, and ultimately achieve the ventilation ducts of the network interface, while real-time control fan air flow and various valves valve confined space value, and thus the cabin pressure control and stability, and can dynamically change in air pressure trend display requirements.

9、 Key words：exhaust (supply) fan; Ventilation pipeline network; numerical simulation; modeling; control system 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 船舶通風(fēng)系統(tǒng)的概述 1 1.1.1 船舶通風(fēng)系統(tǒng)的分類 1 1.1.2 船舶通風(fēng)系統(tǒng)的目的 1 1.2 選題的目的和意義 2 1.3 課題研究的主要任務(wù) 3 1.4 課題研究的主要內(nèi)容 3 第2章 船舶通風(fēng)系統(tǒng)建模實(shí)現(xiàn) 4 2.1船舶通風(fēng)系統(tǒng)管道網(wǎng)絡(luò) 4 2.1.1.通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)圖概述 4 2.1.2 風(fēng)機(jī)

10、型號(hào) 5 2.1.3 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)分類 6 2.1.4 各個(gè)工作間模塊分類 9 2.2 各個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模 9 2.2.1軸流式風(fēng)機(jī)的工作原理 9 2.2.2軸流風(fēng)機(jī)的特性 9 2.2.3軸流風(fēng)機(jī)的性能參數(shù) 10 2.2.4通風(fēng)機(jī)的相似原理 10 2.2.5克拉伯龍方程式 10 2.2.6風(fēng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 11 2.3 各個(gè)密閉工作空間的數(shù)學(xué)建模 12 第3章 船舶通風(fēng)系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn) 13 3.1仿真軟件介紹 13 3.2 仿真界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 13 3.2.1通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)界面設(shè)計(jì) 13 3.2.2密閉空間界面設(shè)計(jì) 14 3.2.3定容排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊的仿

11、真實(shí)現(xiàn) 15 3.2.4變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊的仿真實(shí)現(xiàn) 18 3.2.5密閉空間模塊的仿真實(shí)現(xiàn) 20 3.3 仿真界面優(yōu)化設(shè)計(jì) 21 第4章 仿真運(yùn)行結(jié)果與分析 24 4.1主仿真界面的運(yùn)行結(jié)果 24 4.2密閉空間仿真界面的運(yùn)行結(jié)果 24 4.3運(yùn)行結(jié)果分析 25 結(jié)論與感悟 26 參 考 文 獻(xiàn) 27 致 謝 28 附錄1 主要程序源代碼 29 41 基于MATLAB的船舶通風(fēng)系統(tǒng)仿真 基于MATLAB的船舶通風(fēng)系統(tǒng)仿真 第1章 緒論 1.1 船舶通風(fēng)系統(tǒng)的概述 隨著現(xiàn)代航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，海上交通運(yùn)輸日益繁忙，船舶趨于自動(dòng)化，安全成為船舶運(yùn)

12、輸永恒的主題。船舶機(jī)艙是船舶的動(dòng)力中樞—心臟，是人力資源、環(huán)境資、物質(zhì)資源、管理資源的集合，是輪機(jī)人員進(jìn)行管理的場(chǎng)所。要保證機(jī)艙內(nèi)動(dòng)力及輔助設(shè)備的高效運(yùn)行，并為工作人員提供舒適的工作環(huán)境，必須在機(jī)艙內(nèi)建立并維持適宜的環(huán)境條件，船舶機(jī)艙通風(fēng)的目的就在于此。 船舶通風(fēng)系統(tǒng)就是使用機(jī)械或者依靠空氣自然流通為船舶艙室進(jìn)行通風(fēng)換氣的管系。通風(fēng)方式一般分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩類。一般對(duì)于大、中型船舶機(jī)艙采用機(jī)械通風(fēng)并設(shè)置相應(yīng)的通風(fēng)管系；對(duì)于小型船舶，大多不設(shè)機(jī)械通風(fēng)設(shè)備，但也利用機(jī)艙棚及風(fēng)斗進(jìn)行自然通風(fēng)。 1.1.1 船舶通風(fēng)系統(tǒng)的分類 通風(fēng)方式一般分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩類。 自然通風(fēng)主要是依靠

13、開孔，如門、窗、艙口、通風(fēng)斗和通風(fēng)筒等。通風(fēng)斗和通風(fēng)筒是一種排氣或吸氣的專門設(shè)備。為了提高自然通風(fēng)效率，常利用艙室的外壁上對(duì)風(fēng)的一面壓力增大，逆風(fēng)的一面壓力降低的原理，把通風(fēng)斗和通風(fēng)筒制成各式各樣。自然通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備簡(jiǎn)單，造價(jià)低，維護(hù)費(fèi)用少，但因其受風(fēng)向、相對(duì)速度和室內(nèi)外溫度差的影響，工作不穩(wěn)定，故對(duì)要求較高的艙室應(yīng)用機(jī)械通風(fēng)。 機(jī)械通風(fēng)可分為為機(jī)械送風(fēng)和機(jī)械排風(fēng)。機(jī)械通風(fēng)由軸流風(fēng)機(jī)、通風(fēng)管道、布風(fēng)器組成。機(jī)械通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)是通風(fēng)量可以人為控制，不受外界自然條件的影響，且能對(duì)空氣進(jìn)行合理的分配并輸送到各個(gè)特定處所，故在大、中型船舶上都作為主要的通風(fēng)方式，還往往和自然通風(fēng)結(jié)合起來(lái)使用。 1.

14、1.2 船舶通風(fēng)系統(tǒng)的目的 對(duì)船用柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，環(huán)境狀況是指柴油機(jī)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的大氣壓、環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和中冷器冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度。根據(jù) ISO3046/1-1986 規(guī)定的無(wú)限航區(qū)的船舶柴油機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況是大氣壓力 10OkPa，環(huán)境溫度 318K，相對(duì)濕度 60%，中冷器冷卻介質(zhì)的進(jìn)口溫度 305K。對(duì)船舶主柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，其工作環(huán)境是指柴油機(jī)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的大氣壓、環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和中冷器冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度。工作環(huán)境影響著柴油機(jī)氣缸內(nèi)的實(shí)際空氣量，因此隨著機(jī)艙通風(fēng)狀況的變化，機(jī)艙內(nèi)的氣壓、溫度、濕度都會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣量也隨之變化，并對(duì)柴油機(jī)的工況構(gòu)成影響。具體來(lái)說(shuō)，過(guò)高的機(jī)艙內(nèi)溫度會(huì)使機(jī)

15、艙內(nèi)空氣密度減小，這樣柴油機(jī)增壓器喘振的可能性會(huì)大大增大，并且會(huì)在一定程度上降低柴油機(jī)的推進(jìn)效率。反之，機(jī)艙內(nèi)低溫會(huì)使空氣的密度增大，最高燃燒壓力升高。因此將機(jī)艙的溫度控制在一定的范圍內(nèi)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的正常工作是非常必要的。此外，在船舶機(jī)艙中，自動(dòng)化設(shè)備要求的環(huán)境溫度是:機(jī)艙及主控制站 0～55℃，安裝在有發(fā)熱部件的柜(箱、臺(tái))內(nèi)的電子設(shè)備，在工作過(guò)程中應(yīng)能承受最高 70℃的溫度不會(huì)失效。自動(dòng)化設(shè)備對(duì)濕度的要求是:溫度達(dá)到40℃時(shí)，相對(duì)濕度為95～100%，溫度高于 40℃時(shí)，相對(duì)濕度為 70%。隨著溫度的變化，儀表的精度和靈敏度會(huì)不同，當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)儀表的有效溫度范圍時(shí)，有的儀表可能不能正常工

16、作。另一方面，機(jī)艙也是輪機(jī)管理人員工作的場(chǎng)所，機(jī)艙中的溫度、濕度以及油氣等有害氣體的含量構(gòu)成了機(jī)艙的環(huán)境條件，空氣中的粉塵、有害氣體以及高溫高濕等都會(huì)損害人體的健康。在眾多因素中，機(jī)艙的溫度對(duì)工作人員的影響可以說(shuō)是最大的。從醫(yī)學(xué)觀點(diǎn)看，平均在 15-20℃之間最適宜人們的工作，而實(shí)際中由于主柴油機(jī)、發(fā)電用柴油機(jī)以及鍋爐等設(shè)備的持續(xù)散熱，機(jī)艙中的溫度會(huì)不斷上升并對(duì)人體產(chǎn)生危害，這時(shí)候就要保證一定的通風(fēng)量來(lái)控制機(jī)艙內(nèi)適宜的溫度。綜上所述，船舶機(jī)艙通風(fēng)的主要目的就是用以建立并維持機(jī)艙內(nèi)適宜的環(huán)境條件(溫度、濕度、空氣流速、清潔度和空氣成份等)以保證柴油機(jī)、鍋爐燃燒所必須的空氣量，同時(shí)也是保證機(jī)艙內(nèi)部

17、良好的工作環(huán)境，改善輪機(jī)人員的勞動(dòng)和衛(wèi)生條件。概括起來(lái)，機(jī)艙通風(fēng)設(shè)備應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下功能： （1）為主機(jī)、輔機(jī)和鍋爐等燃燒設(shè)備提供必需的燃燒用空氣量； （2）帶走設(shè)備的散熱量，保持機(jī)艙內(nèi)的適當(dāng)溫度。 （3）排出機(jī)艙內(nèi)可能的有害氣體，保持空氣清潔，為機(jī)艙內(nèi)工作人員創(chuàng)造適宜的環(huán)境條件。 （4）排除可燃?xì)怏w以防爆炸和火災(zāi)。 1.2 選題的目的和意義 此次設(shè)計(jì)是基于MATLAB的船舶通風(fēng)系統(tǒng)仿真，是根據(jù)某實(shí)船上的通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)以及實(shí)際的通風(fēng)機(jī)的排量對(duì)船上各個(gè)艙室的氣壓變化情況進(jìn)行數(shù)值模擬。此次仿真設(shè)計(jì)是根據(jù)每個(gè)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的大小，計(jì)算出每單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入艙室的空氣量，以及根據(jù)實(shí)際需要，可以人

18、為改變艙室進(jìn)風(fēng)開關(guān)的大小來(lái)進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，從而進(jìn)行系統(tǒng)控制，以達(dá)到所要控制的艙室維持在一個(gè)穩(wěn)定度的氣壓水平，進(jìn)而為艙室內(nèi)的人力資源、環(huán)境資源、物質(zhì)資源、管理資源提供一個(gè)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)所，進(jìn)而為航運(yùn)的高效、安全、穩(wěn)定的運(yùn)輸提供一個(gè)舒適安全的環(huán)境。 1.3 課題研究的主要任務(wù) 機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是根據(jù)艙內(nèi)設(shè)備的工況確定供風(fēng)量并根據(jù)設(shè)備的布置確定各個(gè)供風(fēng)口的大小、型式及布置。一個(gè)設(shè)計(jì)合理的通風(fēng)系統(tǒng)不僅要滿足船舶建造規(guī)范對(duì)供風(fēng)量的要求，還要使艙內(nèi)氣流組織合理，艙內(nèi)溫度分布較均勻，避免出現(xiàn)空氣流動(dòng)死角使熱量堆積導(dǎo)致局部溫度超過(guò)規(guī)范規(guī)定的最高數(shù)值。對(duì)于己經(jīng)設(shè)計(jì)完成并安裝到實(shí)船的通風(fēng)系統(tǒng)，一般通過(guò)

19、測(cè)量風(fēng)管風(fēng)壓和通風(fēng)口的風(fēng)速確定供風(fēng)量的分布是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。然而這種方法并不能得到整個(gè)機(jī)艙內(nèi)的空氣的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的分布，所以無(wú)法對(duì)一個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的完善程度做出精確的判斷和評(píng)價(jià)。若能提前知道通風(fēng)的氣流組織和溫度的分布，無(wú)疑將為通風(fēng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)理論依據(jù)，并據(jù)此來(lái)改進(jìn)通風(fēng)的不合理狀況，且贏得了和船體結(jié)構(gòu)之間協(xié)調(diào)的時(shí)間，縮短設(shè)計(jì)周期。因此在機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)完成之后，再模擬出通風(fēng)效果的各相關(guān)參數(shù)，再對(duì)通風(fēng)設(shè)計(jì)加以改進(jìn)，從而避免了復(fù)雜的調(diào)試過(guò)程，縮短了設(shè)計(jì)周期。這符合數(shù)字化造船的基本要求和核心思想。 1.4 課題研究的主要內(nèi)容 本課題研究的主要內(nèi)容就是根據(jù)某實(shí)船的通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)以及上海亨遠(yuǎn)船務(wù)有限公司制造

20、的軸流風(fēng)機(jī)的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行MATLAB界面仿真與數(shù)值模擬。根據(jù)實(shí)際的參數(shù)建立以下模型： (1)建立通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)界面。 (2)建立變?nèi)菟惋L(fēng)機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 (3)建立了定容排（送）風(fēng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 (4)利用MATLAB語(yǔ)言以及GUI編輯界面實(shí)現(xiàn)實(shí)際的控制操作。 (5)建立密閉空間的數(shù)學(xué)模型，以達(dá)到空間內(nèi)氣壓實(shí)時(shí)地變化。 第2章 船舶通風(fēng)系統(tǒng)建模實(shí)現(xiàn) 2.1船舶通風(fēng)系統(tǒng)管道網(wǎng)絡(luò) 2.1.1.通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)圖概述 本課題船舶通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)某實(shí)際的集裝箱船的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)管道的布局建立的。參照實(shí)船模型，以及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，繪出通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)示意圖。如圖2.1。

21、 該通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)圖是集裝箱船舶的縱向剖面圖，其把實(shí)船縱向分為五個(gè)獨(dú)立密閉的空間，其劃分是依據(jù)實(shí)船甲板布局以及通風(fēng)管網(wǎng)絡(luò)形態(tài)設(shè)定的。五個(gè)獨(dú)體的密閉空間從上到下依次被6層貨物甲板、2層貨物甲板、第二甲板、第三甲板以及最底層的底艙甲板分層。如圖2.1，這五個(gè)密閉的獨(dú)立的空間形成了船舶的環(huán)境系統(tǒng)，這其中分別包含了人力資源、物質(zhì)資源、管理資源等。這些資源的高效運(yùn)行以及合理安排是通過(guò)八個(gè)送（排）風(fēng)機(jī)為它們提供合理的通風(fēng)換氣的空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣為機(jī)器運(yùn)行、工作人員生存，為船舶運(yùn)輸安全提供合理的保障，進(jìn)而使得船舶高效地運(yùn)行。 五個(gè)獨(dú)立的密閉空間包含了不同的機(jī)器成分和人員安排，所以不同的空間所需要的空氣量不

22、同，安排的排、送風(fēng)機(jī)的型號(hào)也有差異。 其中被2層貨物甲板與第二甲板層分隔的空間里有機(jī)艙工作間和集控室。由于這里是輪機(jī)管理人員的工作場(chǎng)所，機(jī)艙中的溫度必須保持在最適宜的工作溫度，機(jī)艙中的有害氣體必須及時(shí)的排出。所以此空間分別由兩臺(tái)定容的供風(fēng)機(jī)提供生產(chǎn)生活所需要的空氣。其中工作間有單獨(dú)的排風(fēng)機(jī)，以達(dá)到為其中的工作人員及時(shí)有效的提供生活必須的空氣以及保持室內(nèi)的氣壓、溫度提供有力支持。同時(shí)此層有兩個(gè)集控室，集控室是船舶中自動(dòng)化設(shè)備的主要集中艙室。自動(dòng)化設(shè)備對(duì)環(huán)境溫度要求比較高，同時(shí)自動(dòng)化設(shè)備在運(yùn)行時(shí)也有不同程度的發(fā)熱，根據(jù)運(yùn)行程度的不同，發(fā)熱的程度也不同。為了讓自動(dòng)化設(shè)備達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，要安排合

23、理的通風(fēng)散熱設(shè)備進(jìn)行通風(fēng)換氣，進(jìn)而維持艙室內(nèi)溫度，壓強(qiáng)，含氧量的穩(wěn)定。 由第二層甲板和第三層甲板組成的密閉空間主要是發(fā)動(dòng)機(jī)和主機(jī)增壓器組成的。對(duì)船用柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，其運(yùn)行環(huán)境需要運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的大氣壓、環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和中冷器冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度等因素維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平。只有這些溫度維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，柴油機(jī)才能更加穩(wěn)定的運(yùn)行，進(jìn)而為船舶的穩(wěn)定長(zhǎng)期高效的運(yùn)行提供合理的條件。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行需要合理的氧氣量、空氣壓力、介質(zhì)溫度等，這些條件為燃油提供合適的氧氣量和燃燒條件，所以此空間安排了兩臺(tái)變?nèi)莸乃惋L(fēng)機(jī)為燃油燃燒提供通風(fēng)換氣的支持，同時(shí)也為此空間的良好運(yùn)行在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境提供保障。 第三層

24、甲板與底層甲板組成的空間主要存在有分油機(jī)間，分油機(jī)是一種離心式沉淀設(shè)備，作用是將待分離油中的雜質(zhì)顆粒和水分分離，基本原理是利用分離盤之間的微小間隙和分油機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的離心力將雜質(zhì)顆粒和水分等密度較大的成分分離出去。它為凈化燃油提供一個(gè)循環(huán)利用的平臺(tái)。它的高效運(yùn)行也是船舶運(yùn)行一個(gè)必不可少的條件。同時(shí)底艙底要保持合適的正壓以保證尾軸洞不會(huì)因?yàn)樨?fù)壓差而進(jìn)水，為船舶的安全提供保障。同時(shí)尾軸有軸強(qiáng)制風(fēng)機(jī)為此層空間的安全提供的更進(jìn)一步的雙保險(xiǎn)，也為空間內(nèi)維持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)提供了合理的氣壓、溫度支持。 圖2.1 船舶通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)圖 2.1.2 風(fēng)機(jī)型號(hào) 本課題選用的風(fēng)機(jī)是上海亨遠(yuǎn)船務(wù)有限公司

25、生產(chǎn)的船用的軸流風(fēng)機(jī)。此公司生產(chǎn)的FA系列船用軸流通風(fēng)機(jī)可輸送含有鹽霧的海洋空氣和含有油霧等微腐蝕性空氣。通風(fēng)機(jī)適用于軍船和民船上的各種艙室通風(fēng)換氣，也適用于局部冷卻和降溫，還適用于陸上各相關(guān)的適當(dāng)場(chǎng)所。FA系列船用軸流通風(fēng)機(jī)可匹配500HZ，380V或440V船用三相的異步電動(dòng)機(jī)。 其風(fēng)機(jī)型號(hào)如下表2.1風(fēng)機(jī)的型號(hào) 表2.1風(fēng)機(jī)的型號(hào) 風(fēng)機(jī) 編號(hào) 類型 個(gè)數(shù) 額定功率 (m/min*pa) 型號(hào) 1,2號(hào)機(jī)艙送風(fēng)機(jī) V.AXIAL 2 3500/2330 500/220 FA-B-185-1 3號(hào)機(jī)艙送風(fēng)機(jī) V.AXIAL 1 3500500 FA-B

26、-185-1 4號(hào)機(jī)場(chǎng)送風(fēng)機(jī) V.AXIAL 1 3500500 FA-B-140-8 機(jī)艙排風(fēng)機(jī) V.AXIAL 2 1800150 FA-B-185-1 分油機(jī)區(qū)送風(fēng)機(jī) V.AXIAL 1 500600 FA-90-5 軸強(qiáng)制風(fēng)機(jī) H.AXIAL 1 500120 FA-85-2 機(jī)艙工作間排風(fēng)機(jī) H.AXIAL 1 20500 FA-35-2 2.1.3 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)分類 通過(guò)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可知，其風(fēng)機(jī)系統(tǒng)可大致分為四個(gè)部分。 分別是如下： （1）左側(cè)定容供風(fēng)機(jī)及其所屬管道所連通的集控室、工作間、主機(jī)艙上層，主機(jī)艙底層和通艙底以及其

27、附屬的機(jī)艙工作間排風(fēng)機(jī)、軸強(qiáng)制風(fēng)機(jī)。該系統(tǒng)主要由兩個(gè)風(fēng)機(jī)組成，一個(gè)定容供風(fēng)機(jī)和一個(gè)機(jī)艙排風(fēng)機(jī)。定容供風(fēng)機(jī)為四層甲板艙提供空氣量，同時(shí)也為集控室、工作間提供需求風(fēng)量。同時(shí)，為了保證工作間的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，單獨(dú)配置了一個(gè)機(jī)艙排風(fēng)機(jī)來(lái)進(jìn)行精確的風(fēng)量控制。系統(tǒng)模塊如圖2.2 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊1； （2）變?nèi)莨╋L(fēng)機(jī)1及其所屬管道所連通的3,4號(hào)發(fā)電機(jī)和主機(jī)艙底層。該系統(tǒng)主要由一個(gè)變?nèi)莸墓╋L(fēng)機(jī)配合每個(gè)密封艙的自然排風(fēng)組成。主要是通過(guò)可調(diào)風(fēng)量大小的供風(fēng)機(jī)為1,2號(hào)發(fā)電機(jī)以及主機(jī)艙底層提供合適的風(fēng)量，進(jìn)而為發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行提供條件。系統(tǒng)模塊如圖2.3 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊2； （3）變?nèi)莨╋L(fēng)機(jī)2及其所屬管道所連通的1,2號(hào)

28、發(fā)電機(jī)和分油機(jī)間以及附屬的分油機(jī)區(qū)排風(fēng)機(jī)。該系統(tǒng)主要是由兩個(gè)風(fēng)機(jī)組成，一個(gè)變?nèi)莸墓╋L(fēng)機(jī)和一個(gè)定容的排風(fēng)機(jī)。其主要是為1,2號(hào)發(fā)電機(jī)以及分油機(jī)工作間提供生產(chǎn)生活所必須的空氣，同時(shí)為了分油機(jī)間的精確的空氣排量，特別安置了一個(gè)分油機(jī)間排風(fēng)機(jī)以提供保障。如圖2.4風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊3； （4）右側(cè)定容供風(fēng)機(jī)及其所屬管道所連通的集控室、1,2,3號(hào)主機(jī)增壓器、主機(jī)艙底層和通艙底；主要是為主機(jī)增壓器以及集控室提供必備的空氣量。為通風(fēng)換氣提供保障。如圖2.5風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊4 圖2.2 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊1 圖2.3 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊2 圖2.4 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊3 圖2.5 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

29、模塊4 2.1.4 各個(gè)工作間模塊分類 由通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)可以看出，各個(gè)密閉的工作間可以分為四類。 分別為： （1） 帶有工作間排風(fēng)機(jī)的，進(jìn)風(fēng)量可調(diào)的密閉的工作間模塊； （2） 無(wú)工作間排風(fēng)機(jī)的，進(jìn)風(fēng)量可調(diào)的密閉的工作間模塊； （3） 有工作間排風(fēng)機(jī)的，進(jìn)風(fēng)量不可主動(dòng)調(diào)節(jié)的工作間的模塊； （4） 整個(gè)甲板艙的密閉工作間模塊； 2.2 各個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模 因?yàn)榇蔑L(fēng)機(jī)都是軸流式風(fēng)機(jī)，我們先介紹一下軸流風(fēng)機(jī)的工作原理。 2.2.1軸流式風(fēng)機(jī)的工作原理 空氣沿軸向流動(dòng)的通風(fēng)機(jī)稱為軸流式通風(fēng)機(jī)。一般通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2.6所示，主要由集風(fēng)器、葉輪、導(dǎo)葉和擴(kuò)散器等組成。葉

30、輪安裝在圓筒形機(jī)殼中，電動(dòng)機(jī)與葉輪直接聯(lián)接。 圖2.6 軸流通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 １－集風(fēng)器，２－葉輪，３－導(dǎo)葉，4－擴(kuò)散 由于風(fēng)機(jī)葉輪的葉片具有一定的斜面形狀，當(dāng)葉輪在機(jī)殼中高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使葉輪周圍氣體一面隨葉輪旋轉(zhuǎn)；一面沿軸向推進(jìn)，氣體在通過(guò)葉輪時(shí)獲得能量，壓力升高，進(jìn)入擴(kuò)散管后一部分軸向氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以一定的壓力從擴(kuò)散管流出。 2.2.2軸流風(fēng)機(jī)的特性 軸流式通風(fēng)機(jī)一般采用電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)的傳動(dòng)方式， 有些大型的軸流式通風(fēng)機(jī)也可將電動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)殼的外面， 采取皮帶輪或聯(lián)軸器傳動(dòng)的方式，且其葉輪的排風(fēng)側(cè)有的設(shè)有固定導(dǎo)葉，可將一部分偏轉(zhuǎn)氣流轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，有助于氣流的擴(kuò)散

31、。 軸流式通風(fēng)機(jī)的葉片有各種各樣型式，有板型、機(jī)翼型等等。 葉片從根部到葉稍常采用扭曲形的。 有些葉輪的葉片安裝角是可以調(diào)整的， 通過(guò)調(diào)整葉片安裝角可以改變風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)。 2.2.3軸流風(fēng)機(jī)的性能參數(shù) 風(fēng)量Q、風(fēng)壓P、轉(zhuǎn)速n、功率N及效率η是表示通風(fēng)機(jī)性能的主要參數(shù)。 （1）風(fēng)量 通風(fēng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)所輸送的氣體體積稱為風(fēng)量，又稱流量。通常指的是工作狀態(tài)下的氣體量(m3/h或m3/s)，而在風(fēng)機(jī)銘牌上有時(shí)標(biāo)出的是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的風(fēng)量(Nm3/h或Nm3/s)。 （2）風(fēng)壓 通風(fēng)機(jī)出口氣體全壓與進(jìn)口氣體全壓之差(或進(jìn)、出口全壓絕對(duì)值之和)稱為風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，也就是氣體進(jìn)入風(fēng)機(jī)后所升高

32、的壓力，其單位為Pa。 （3）功率 通風(fēng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)傳遞給氣體的能量稱為風(fēng)機(jī)的有效功率Ne， 2.2.4通風(fēng)機(jī)的相似原理 （1）風(fēng)壓相似換算 (2.1) （2）風(fēng)量相似換算 (2.2) （3）功率相似換算 (2.3) 其中n為風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，D為風(fēng)機(jī)的葉輪半徑，ρ空氣的密度。 2.2.5克拉伯龍

33、方程式 克拉伯龍方程式: (2.4) 其中P表示壓強(qiáng)、V表示氣體體積、n表示物質(zhì)的量、T表示絕對(duì)溫度、R表示氣體常數(shù)。所有氣體R值均相同。如果壓強(qiáng)、溫度和體積都采用國(guó)際單位（SI），R=8.314帕米3/摩爾K。如果壓強(qiáng)為大氣壓，體積為升，則R=0.0814大氣壓升/摩爾K。 2.2.6風(fēng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)前幾節(jié)介紹的軸流風(fēng)機(jī)的工作原理，性能參數(shù)以及相似原理。再根據(jù)方程式。我們可以推導(dǎo)出風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)值仿真。 本課題主要由兩種風(fēng)機(jī)構(gòu)成的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，一種是變?nèi)蒿L(fēng)機(jī)，一種是定容風(fēng)機(jī)。下面我們依次介紹兩種風(fēng)機(jī)的數(shù)學(xué)

34、模型。 首先，這里假設(shè)風(fēng)機(jī)的內(nèi)部的溫度與風(fēng)機(jī)周圍的溫度近似相等。即在T相等的情況下，根據(jù) ，我們可以推到出 (2.5) 即在相同的溫度下，空氣的體積與空氣的壓強(qiáng)的乘積是一個(gè)固定的常數(shù)，其中P為風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的氣體的壓強(qiáng)（Pa），V為風(fēng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)所排出的空氣的體積，為外界的空氣壓強(qiáng)，為相對(duì)于外界的空氣體積。這樣我們就通過(guò)可以計(jì)算出。 我們的目的是是要計(jì)算出空氣的質(zhì)量，進(jìn)而進(jìn)行壓強(qiáng)的計(jì)算。有了氣體的體積，我們就要找到當(dāng)前的空氣密度，進(jìn)而求出質(zhì)量。同樣，通過(guò)我們可以推到出以下的公式： (2

35、.6) 其中m為空氣的質(zhì)量，M空氣的摩爾質(zhì)量（通常為29g/mol）。通過(guò)公式（2.6）我們可以推到出以下公式： (2.7) (2.8) 然后根據(jù)公式(2.7)公式(2.8)我們可以得到外界的空氣密度的計(jì)算公式: (2.9) 通過(guò)公式(2.9)，再根據(jù)空氣一大氣壓下25攝氏度時(shí)空氣密度是1.29kg/m3，我們可以算出空氣在不同溫度，不同壓強(qiáng)下的空氣密度，進(jìn)而算出了空氣的質(zhì)量?？諝獾馁|(zhì)量算出了，排風(fēng)機(jī)的基本數(shù)學(xué)模型

36、也就準(zhǔn)備好了。 然后我們分別介紹定容和變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 1.定容排風(fēng)機(jī) 所謂定容排風(fēng)機(jī)就是在開啟風(fēng)機(jī)后，風(fēng)機(jī)的容量，風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)是固定不變的，所以通過(guò)公式(2.5)我們可以算出定容風(fēng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)相對(duì)于外界的體積與壓強(qiáng)，進(jìn)而算出氣體的質(zhì)量，然后進(jìn)行數(shù)字仿真。 2.變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī) 所謂變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī)就是風(fēng)機(jī)的容量大小是可以根據(jù)實(shí)際的情況調(diào)節(jié)的，所以它單位時(shí)間內(nèi)輸出的氣體體積是不定的，同時(shí)它的氣體壓強(qiáng)，也是不定的。所以，我們只能通過(guò)排風(fēng)機(jī)的相似原理對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而算出變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī)的單位時(shí)間內(nèi)所排出的氣體體積。通過(guò)公式(2.1)公式(2.2)我們可以推到出變?nèi)蒿L(fēng)機(jī)容量與氣壓的關(guān)系，（由于

37、進(jìn)行對(duì)比的是同一個(gè)風(fēng)機(jī)，環(huán)境溫度相同，所以氣體的密度，葉輪的半徑都是相同的）推到公式如下： (2.10) 通過(guò)公式(2.10)我們就可以得到變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)的壓強(qiáng)與氣體量，進(jìn)而通過(guò)公式就可以得到單位時(shí)間內(nèi)的氣體質(zhì)量，從而得出變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 2.3 各個(gè)密閉工作空間的數(shù)學(xué)建模 各個(gè)密閉空間的建模是根據(jù)圖2.8所繪制的原理進(jìn)行仿真建模的。 圖2.7 密閉空間仿真原理圖 由于從第一章我們可知，密閉空間排風(fēng)分為自然排風(fēng)和機(jī)械排風(fēng)，所以影響空間氣壓的原因就由這兩方面組成。可是，由于自然排風(fēng)的不可控性，本課題沒(méi)有對(duì)自然排風(fēng)

38、進(jìn)行仿真研究，在建立模型時(shí)對(duì)自然排風(fēng)只是給定了一個(gè)初始排風(fēng)值。本課題主要是對(duì)機(jī)械排風(fēng)進(jìn)行仿真。有原理圖可知，密閉空間的氣壓變化是由于空間內(nèi)氣體質(zhì)量的變化所引起（在溫度恒定的情況下）。所以，仿真的目的是計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)密閉空間氣體變化量，進(jìn)而通過(guò)PV=m/MRT這個(gè)氣體方程變形式來(lái)計(jì)算出密閉空間的氣壓變化。 不同的密閉空間，數(shù)學(xué)模型不太一樣。有排風(fēng)機(jī)的密閉空間氣壓主要由送風(fēng)機(jī)與排風(fēng)機(jī)的氣體質(zhì)量差決定。無(wú)排風(fēng)機(jī)的密閉空間氣壓由送風(fēng)機(jī)送入的空氣質(zhì)量決定（自然排風(fēng)影響小，本課題設(shè)置初始值影響，不過(guò)影響不大）。 第3章 船舶通風(fēng)系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn) 3.1仿真軟件介紹 MATLAB由一系列

39、工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。 MATLAB是一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運(yùn)行。 MATLAB是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，

40、而前經(jīng)過(guò)了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。 本課題運(yùn)用到的仿真軟件是MATLAB中的GUI圖形用戶設(shè)計(jì)界面。在MATLAB強(qiáng)大的函數(shù)、矩陣運(yùn)算支持下進(jìn)行方針設(shè)計(jì)可以更加接近實(shí)際的情況。 此次仿真用到了GUI界面下的控件有Push Button、Static Text、Slider、Toggle Button、Edit Text等控件。Push Button控件是按鍵控件，是按下就彈起的按鍵；Static Text是靜態(tài)的文本框，用來(lái)顯示不需要更改的數(shù)據(jù)仿真結(jié)果。相對(duì)的Edit Text控件是用來(lái)顯示可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行更改的仿真數(shù)據(jù)。Toggle Button控件是按下后不彈起的按鍵，此次仿真用作為的

41、開關(guān)按鍵。 3.2 仿真界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3.2.1通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)界面設(shè)計(jì) 根據(jù)第一章介紹的某實(shí)船的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)管道布置，本課題運(yùn)用MATLAB GUI中所提供的的控件進(jìn)行模擬仿真。 （1）Push Button控件進(jìn)行風(fēng)機(jī)的仿真，按下按鍵表示風(fēng)機(jī)開啟，再按一次表示風(fēng)機(jī)關(guān)閉，同時(shí)運(yùn)用Static Text控件配合顯示風(fēng)機(jī)的狀態(tài)。 （2）運(yùn)用不同顏色的Static Text控件進(jìn)行通風(fēng)管道的布置，顏色區(qū)分管道是進(jìn)風(fēng)還是出風(fēng)。 （3）各個(gè)密閉空間運(yùn)用Push Button仿真，其目的是為了按下按鍵后可調(diào)出該空間的相關(guān)參數(shù)以及空間內(nèi)氣壓的變化。 （4）運(yùn)用Slider控件進(jìn)行進(jìn)風(fēng)量，出風(fēng)量大小

42、的調(diào)節(jié)，即開關(guān)的仿真。 （5）用Toggle Button控件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總開關(guān)，該仿真界面的所有運(yùn)行程序都是在總開關(guān)的控制下進(jìn)行的。 （6）Edit Text控件是設(shè)計(jì)溫度，壓強(qiáng)參數(shù)，目的是為了與實(shí)際的溫度壓強(qiáng)保持一致，進(jìn)行更精確的仿真提供參數(shù)量。 （7）運(yùn)用Static Text控件設(shè)置在甲板密閉空間以顯示空間的壓強(qiáng)變化。 通過(guò)以上各個(gè)控件的介紹以及每個(gè)控件所要模擬的單元，再通過(guò)第一章所給出的船舶通風(fēng)系統(tǒng)的管道網(wǎng)絡(luò)圖，我們可以布置控件進(jìn)行界面的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的界面如圖3.1。各個(gè)控件初始化狀態(tài)以運(yùn)行時(shí)的界面狀態(tài)為準(zhǔn)。 圖3.1 船舶通風(fēng)管道網(wǎng)絡(luò)仿真界面 3.2.2密閉空間界面設(shè)計(jì)

43、 在MATLAB GUI 中運(yùn)用參數(shù)傳遞的實(shí)現(xiàn)形式，把系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間、每秒鐘進(jìn)入室內(nèi)的氣體體積、室內(nèi)溫度、室內(nèi)壓強(qiáng)、相對(duì)于外界的氣壓、進(jìn)入室內(nèi)的氣體的總質(zhì)量、每秒鐘進(jìn)入室內(nèi)的氣體質(zhì)量、原機(jī)房氣體質(zhì)量、外界氣體密度這些參數(shù)顯示在密閉空間界面下，使得此界面能充分的體現(xiàn)出密閉空間的室內(nèi)情況。同時(shí)，運(yùn)用ActiveX Control 控件設(shè)計(jì)一個(gè)壓力表，進(jìn)行顯示當(dāng)前室內(nèi)的相對(duì)氣壓，進(jìn)而可以直觀的展現(xiàn)室內(nèi)氣壓狀況，為控制氣壓提供依據(jù)。同時(shí)設(shè)計(jì)了退出按鍵，為方便的退出界面提供快捷方式。界面設(shè)計(jì)如圖3.2。 圖3.2 船舶密閉空間仿真界面 3.2.3定容排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊的仿真實(shí)現(xiàn) 雖然每個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模

44、塊是不同的，但是大體軟件設(shè)計(jì)是相通的，所以，本文就針對(duì)兩個(gè)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)思路的介紹。 首先先針對(duì)一個(gè)定容的排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行介紹。這里用了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊1，進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)介紹。系統(tǒng)模塊圖如圖2.2。仿真界面如圖3.3。 圖3.3 系統(tǒng)模塊1仿真界面 根據(jù)仿真圖，實(shí)現(xiàn)定容排風(fēng)機(jī)的仿真。仿真代碼如下： if(kC==0) if (get(handles.TB7,value)&anjian1C==1) if(anjian1C==1) set(handles.e4,string,3500);%設(shè)置定容排風(fēng)機(jī)的容量

45、 totalC1=str2double(r3C)-dC*str2double(r3C);%集控室剩余空氣量 cC1 = dC*str2double(r3C);%集控室的空氣量 totalC2=totalC1-totalC1*bC;%工作間剩余空氣量 cC3=totalC1*bC;%工作間的空氣量 totalC3=totalC2-totalC2*dCShang; cC2=totalC2*dCShang;%主機(jī)艙上層的空氣量 totalC4=totalC3-totalC3*dCDi;

46、 cC4=totalC3*dCDi;%通艙底的空氣量 totalC5=str2double(r3C)-dC*str2double(r3C)-totalC1*bC-totalC2*dCShang-totalC3*dCDi; %主機(jī)艙底層的空氣量 set(handles.text74,string,num2str(totalC5)); set(handles.text61,string,num2str(cC2)); set(handles.text78,string,num2str(cC4)); %分別顯示出各個(gè)數(shù)

47、值 Rv=str2double(r3C)*str2double(rC); r11C=Rv/(str2double(r4)*str2double(r2));%每秒鐘的進(jìn)氣量時(shí)間 r16=str2double(t5)*str2double(t6); r17=str2double(T0)+str2double(t5); r18=r16/r17; R1=num2str(r18);%得到外界密度（可以不變） R2C=r11C*r18;%每秒鐘的總質(zhì)量 此代碼是依據(jù)排

48、風(fēng)機(jī)的型號(hào)，我們先設(shè)置排風(fēng)機(jī)的容量為‘3500’，并在e4控件中顯示，同時(shí)設(shè)置r3C變量為風(fēng)機(jī)的總?cè)萘浚琩C為集控室開關(guān)的開度，從而得到cC1，即空氣的通氣量。同理可以分別得到工作間、主機(jī)艙上層、通艙底以及主機(jī)艙底層的空氣量并用text控件分別顯示出來(lái)。然后進(jìn)行固定數(shù)值的計(jì)算，如每秒鐘的進(jìn)氣量以及外界的溫度等。需要注意的是，這里涉及到了供風(fēng)機(jī)的開關(guān)操作的功能設(shè)計(jì)，為了能使風(fēng)機(jī)進(jìn)行開關(guān)操作，本課題設(shè)計(jì)了一個(gè)全局變量global anjian1C，此變量與按鍵TB7共同管理此供風(fēng)機(jī)的開關(guān)操作。 下面介紹此風(fēng)機(jī)模塊的兩個(gè)密閉的工作空間，集控室與工作間的功能實(shí)現(xiàn)。集控室的代碼實(shí)現(xiàn)如下： if(k5

49、C==1) %判斷排風(fēng)機(jī)開關(guān)是否開啟 r20C=str2double(T1C)+str2double(t5);%室內(nèi)溫度34機(jī)房（變） r19C=R2C*dC;%計(jì)算進(jìn)入室內(nèi)的氣體的質(zhì)量 R2mC=num2str(r19C);%得到每秒鐘進(jìn)入的氣體質(zhì)量 MC=str2double(101000)*str2double(VC)*str2double(t8)/(str2double(t7)*r20C); %34機(jī)房的在一大氣壓下的空氣質(zhì)量（初始的室內(nèi)空氣質(zhì)量） m2C=str2double(m34C);%m34很重要

50、?。。。。。? m2C=m2C+r19C-str2double(MzC); m34C=num2str(m2C); m1CP=(MC+str2double(m34C))*str2double(t7)*r20C/(str2double(t8)*str2double(VC));%得到室內(nèi)的空氣壓力 m22C=m1CP/str2double(r4); m22Cc=num2str(m22C); set(handles.text71,string,num2str(m22C));%得到相對(duì)壓力 end 此代碼是該系統(tǒng)模塊的

51、集控室的仿真數(shù)學(xué)模型，首先先獲得室內(nèi)的溫度T1C，然后在獲得每秒鐘進(jìn)入室內(nèi)的空氣的氣體質(zhì)量，再加上原室內(nèi)的空氣的質(zhì)量，得到此時(shí)室內(nèi)總的質(zhì)量。這里應(yīng)該注意一點(diǎn)，室內(nèi)總質(zhì)量是實(shí)時(shí)更新的，由于有供風(fēng)機(jī)與排風(fēng)機(jī)的影響，所以質(zhì)量有增有減，所以室內(nèi)的總質(zhì)量要設(shè)置一個(gè)全局變量，即global m34來(lái)記憶室內(nèi)的氣體質(zhì)量。每一個(gè)密閉空間都有這個(gè)變量來(lái)記憶室內(nèi)的氣體質(zhì)量。通過(guò)進(jìn)而得到室內(nèi)的氣體壓力，然后得到氣壓的相對(duì)壓力。同理，工作間的仿真模型也是一樣的，這里就不一一介紹了。 排風(fēng)機(jī)的打開操作仿真完成，同理排風(fēng)機(jī)的關(guān)閉仿真也是相同的實(shí)現(xiàn)，只是對(duì)打開的代碼進(jìn)行了少量的修改，代碼實(shí)現(xiàn)如下： if(xor(get

52、(handles.TB7,value) , (anjian1C))==1) if(anjian1C==1) set(handles.text61,string,0); set(handles.text78,string,0); set(handles.e4,string,OFF); set(handles.text74,string,0); T0=get(handles.edit10,string); totalC1=str2double(0); totalC2=str2double(0

53、); totalC3=str2double(0); totalC4=str2double(0); totalC5=str2double(0); Rv=str2double(0); R2C=str2double(0); r20C=str2double(T1C)+str2double(t5);%室內(nèi)溫度34機(jī)房（變） r19C=R2C*dC; 關(guān)閉排風(fēng)機(jī)只是把相應(yīng)的排風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量進(jìn)行清零，使此系統(tǒng)模塊進(jìn)行相應(yīng)的無(wú)進(jìn)風(fēng)量的操作。實(shí)現(xiàn)密閉空間零輸入的狀態(tài)。 同時(shí)，又設(shè)立了一個(gè)global kC變量

54、，此變量的目的是為了進(jìn)行各個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)的更新以及顯示內(nèi)容的更新操作。更新數(shù)據(jù)的代碼如下： if(kC&anjian1C==1) T1C=get(handles.edit19,string);%更新集控室的溫度 T1Workspace=get(handles.edit20,string);%更新工作間的溫度 T0=get(handles.edit10,string );%更新外界的溫度 r4=get(handles.edit21,string );%更新外界的壓強(qiáng) dC=get(handles.slider9,va

55、lue);%更新集控室的開關(guān)開度 bC=get(handles.slider8,value);%更新工作間的開關(guān)開度 dCShang=get(handles.slider7,value);%更新主機(jī)艙上層的開關(guān)開度 dCDi=get(handles.slider11,value);%更新主機(jī)艙通艙底的開關(guān)開度 num2C=get(handles.slider9,value); set(handles.text55,String,num2C);%更新開關(guān)開度并在text中顯示出來(lái) num1C=get(

56、handles.slider8,value); set(handles.text56,String,num1C); num3C=get(handles.slider7,value); set(handles.text63,String,num3C); num4C=get(handles.slider11,value); set(handles.text77,String,num4C); kC=0;%設(shè)置更新標(biāo)志位歸零使其繼續(xù)進(jìn)行操作 set(handles.text13,string

57、,mtt2); set(handles.text10,string,設(shè)置中...); end 以上代碼實(shí)現(xiàn)了各個(gè)數(shù)據(jù)的更新操作使得仿真的數(shù)據(jù)更能接近實(shí)際的情況，并且為仿真接近真實(shí)性提供了一個(gè)方便的途徑。 相應(yīng)的系統(tǒng)模塊1的完整代碼在附錄中可以找到。 3.2.4變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊的仿真實(shí)現(xiàn) 這里我們就一個(gè)較為復(fù)雜的變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊進(jìn)行建模仿真實(shí)現(xiàn)。由上述提到的公式(2.7)(2.8)(2.9)(2.10)我們可以得到變?nèi)莸娘L(fēng)機(jī)公式： （3.1） 其中是變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī)的當(dāng)前壓力，是當(dāng)前排出的氣體量，這是手動(dòng)進(jìn)行調(diào)

58、節(jié)的。是基準(zhǔn)壓力，是基準(zhǔn)的排氣量。這樣通過(guò)公式(3.1)我們就可以算出氣體變?nèi)莸呐棚L(fēng)機(jī)每分鐘的排出的氣體質(zhì)量。這里我們用圖2.4風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模塊3 來(lái)介紹變?nèi)莸娘L(fēng)機(jī)系統(tǒng)。仿真圖如圖3.4 系統(tǒng)模塊3仿真界面。 根據(jù)仿真圖，實(shí)現(xiàn)變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī)的仿真。這里我們只介紹變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī)與定容排風(fēng)機(jī)的異同之處，對(duì)于相同的地方我們就不詳細(xì)介紹。仿真代碼如下： if(kj==0) if (get(handles.TB5,value)&anjian1j==1) if(anjian1j==1) set(handles.text19,string,get(handles.slider5

59、,value)); %設(shè)置變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī)的當(dāng)前容量值 totalj=dj*bj;%算出進(jìn)入1,2號(hào)發(fā)電機(jī)中的氣體量 cj = num2str(totalj); e1j=dj-totalj;%計(jì)算出進(jìn)入分油機(jī)中的氣體量 dengshu52j=num2str(e1j); r11j=str2double(r)/(str2double(r4)*str2double(r2));%時(shí)間 r12j=str2double(r3)*str2double(r3); r13j=r11j/r12

60、j;%公式(10)給出的的計(jì)算公式 r16=str2double(t5)*str2double(t6); r17=str2double(T0)+str2double(t5);%計(jì)算出外界的溫度 r18=r16/r17; R1=num2str(r18); %得到外界密度 r14j=dj*dj*dj; r15j=r13j*r14j; Rj=num2str(totalj);%相對(duì)于外界的體積% 這里的全局變量global kj是更新數(shù)據(jù)的標(biāo)志位，global anjian1

61、j是判斷供風(fēng)機(jī)的按鍵是否開啟，這些與定容排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)相似。 根據(jù)公式(10)的計(jì)算公式，算出變?nèi)菖棚L(fēng)機(jī)每秒鐘排出的氣體質(zhì)量。 圖3.4 系統(tǒng)模塊3仿真界面 然后介紹一下分油機(jī)間的代碼實(shí)現(xiàn)，由于分油機(jī)間有一個(gè)分油機(jī)間的排風(fēng)機(jī)，所以與前面介紹的密閉空間有一定的不同，分油機(jī)間的排風(fēng)機(jī)仿真代碼如下： if(get(handles.TB10,value)==1 ) set(handles.text37,string,500); Rvshopj=str2double(500)*str2double(600); r11Cshopj=Rvshop

62、j/(str2double(r4)*str2double(r2)); %每秒鐘的進(jìn)氣量時(shí)間 r16=str2double(t5)*str2double(t6); r17=str2double(T0)+str2double(t5); r18=r16/r17; w22shopj=r11Cshopj*r18;%每秒鐘的總質(zhì)量 end if(get(handles.TB10,value)==0) set(handles.text37,string,OFF);

63、 w22shopj=0; end 代碼實(shí)現(xiàn)，當(dāng)分油機(jī)間的排風(fēng)機(jī)打開，進(jìn)入氣體的質(zhì)量是w22shopj，排風(fēng)機(jī)關(guān)閉時(shí)進(jìn)入的氣體量為零。 以下是分油機(jī)間的仿真代碼實(shí)現(xiàn)： r20jj=str2double(T1jj)+str2double(t5);%室內(nèi)溫度分油機(jī)間 r19jj=r15j*r18-r15j*r18*bj; R2jj=num2str(r19jj); %得到每秒鐘進(jìn)入的氣體質(zhì)量M34jj=str2double(101000)*str2double(V34jj)*str2double(t8)/(str2double(t7)*r20jj);%34

64、機(jī)房的空氣質(zhì)量在一大氣壓 m2jj=str2double(m34jj); m2jj=m2jj+r19jj-w22shopj-str2double(Mz34jj); m34jj=num2str(m2jj); m1jj=(M34jj+str2double(m34jj))*str2double(t7)*r20jj/(str2double(t8)*str2double(V34jj)); %得到室內(nèi)的空氣壓力 m22jj=m1jj/str2double(r4); set(hand

65、les.text100,string,num2str(m22jj)); %得到相對(duì)壓力 分油機(jī)間的代碼除了多了一個(gè)排風(fēng)機(jī)外，其他代碼實(shí)現(xiàn)和其他的密閉空間實(shí)現(xiàn)基本相同。 3.2.5密閉空間模塊的仿真實(shí)現(xiàn) 以上一節(jié)介紹的分油機(jī)間的模型為例介紹一下密閉空間模塊的仿真實(shí)現(xiàn)，密閉空間模塊就是運(yùn)用了MATLAB GUI中不同界面?zhèn)鲗?dǎo)數(shù)據(jù)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。仿真代碼如下： txt1jj=dengshu52j;%每秒鐘的氣體體積 txt2jj=R1;%外界的氣體密度 txt3jj=T1jj;%室內(nèi)溫度34機(jī)房 txt4jj=R2jj;

66、 %得到每秒鐘進(jìn)入的氣體質(zhì)量 txt5jj=num2str(M34jj);%一大氣壓愿機(jī)房的空氣質(zhì)量 txt6jj=num2str(m1jj);%室內(nèi)的氣體壓力 txt7jj=num2str(m22jj);%相對(duì)壓力 txt8jj=m34jj; txt9jj=e1j; setappdata(0,out1jj,txt1jj); setappdata(0,out2jj,txt2jj); setappdata(0,out3jj,txt3jj); setappdata(0,out4jj,txt4jj);