Marine Powering Prediction and Propulsors

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作者:Bose, Neal
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价格:96
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isbn号码:9780939773657
丛书系列:
图书标签:
  • Marine Engineering
  • Ship Propulsion
  • Predictive Modeling
  • Propulsors
  • Performance Analysis
  • Hydrodynamics
  • Computational Fluid Dynamics
  • Energy Efficiency
  • Maritime Technology
  • Naval Architecture
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具体描述

海洋动力:驱动未来航行的革新之路 本书简介 在人类探索和利用海洋的宏伟篇章中,船舶动力系统始终是决定航行效率、环境影响以及未来发展潜力的核心要素。本书旨在全面、深入地探讨现代及未来海洋动力技术的发展脉络、关键挑战与前沿创新,重点聚焦于如何通过系统性的工程优化和能源结构转型,实现更清洁、更高效、更智能的船舶推进解决方案。 本书的叙事核心并非停留在对现有传统动力系统的简单罗列,而是着眼于驱动海洋运输业迈向“零排放”和“高度自动化”这一历史性转变的驱动力本身。我们深入剖析了从化石燃料向低碳及零碳燃料过渡的技术路径,同时,对集成化、智能化的推进控制系统进行了细致的梳理。 第一部分:能源转型与可持续推进的基石 海洋运输业正面临着全球气候变化带来的前所未有的减排压力,国际海事组织(IMO)设定的碳强度指标和全面脱碳目标,迫使业界对现有能源体系进行颠覆性的重构。本部分将详细剖析这一宏大转型背后的技术动因和工程挑战。 1. 替代燃料的潜能与制约 传统的船用燃料油正加速退出历史舞台,本书将集中火力审视下一代可持续燃料的工程可行性。 甲醇(Methanol)经济性与安全性: 深入探讨双燃料发动机在甲醇-燃油模式下的燃烧特性优化、供油系统的设计复杂性,特别是涉及甲醇的低温储存与雾化效率的提高。我们不只是描述使用甲醇,而是分析如何在现有船体结构上实现高密度能量储存,并解决其在不同海况下的稳定供能问题。 氨(Ammonia)的挑战与机遇: 氨作为极具潜力的零碳燃料,其固有的高反应活性和毒性对发动机设计提出了极高的要求。本书将详述高压、贫氧燃烧技术在减少氮氧化物(NOx)排放方面的突破,以及如何通过先进的材料科学,应对氨腐蚀性对气缸套和密封件的严峻考验。同时,对氨燃料储存的安全冗余设计和泄漏应急处理协议进行系统性阐述。 氢能的应用边界: 探讨氢燃料电池系统在支线航运和短途渡轮中的适用性,重点分析电化学反应器的高温管理、水排放处理以及高压储氢罐的轻量化与结构完整性保障。 2. 电力驱动系统的深度集成 电力推进不再仅仅是辅助动力,而是成为核心驱动模式。本书聚焦于如何将高压直流(HVDC)微电网技术应用于大型船舶,实现能源的灵活调度。 模块化电池组的设计: 剖析固态电池、液流电池等下一代储能技术在海洋环境下的热管理策略。重点讨论电池管理系统(BMS)如何通过预测性算法,实时平衡充放电速率,以最大化电池寿命并确保功率输出的稳定性,尤其是在需要峰值功率输出的起航和变轨操作中。 集成式电力推进器(Integrated Electric Propulsion): 对直接驱动永磁同步电机(PMSM)在吊舱式推进器中的应用进行详细分析,比较其与传统齿轮箱传动的效率增益、噪音和振动抑制效果,以及其对船舶操纵性能(如全向机动能力)的根本性提升。 第二部分:流体力学与推进效率的精细化控制 船舶的能耗,本质上是对流体动力学和推进器性能的综合体现。本部分将超越传统的螺旋桨效率计算,深入到流场控制和复杂水域下的性能优化。 1. 适应性与智能推进面设计 传统的螺旋桨效率在船舶工况变化时会急剧下降。本书提出并分析了主动适应性推进系统的概念。 变桨距机构的动态响应优化: 探讨如何利用高带宽的传感器网络和快速响应的液压/电动执行器,使桨叶在数毫秒内调整最佳迎角,以应对船体运动和水流切变。 仿生推进面探索: 介绍受鱼类和鲸类尾鳍启发的柔性推进面(Flexible Propulsor)技术。分析其通过改变局部曲率,在低速或高阻力工况下(如冰区作业或重载起航)实现能量耗散最小化的潜力。 2. 降低阻力与水动力耦合 推进效率的提升,一半依赖于高效的推进器,另一半则依赖于降低船体阻力。 气泡减阻技术(Air Lubrication): 对微小气泡生成器的最佳布置模式进行流体力学建模,分析气泡层厚度与摩擦阻力降低百分比之间的非线性关系,并讨论其对推进器空泡生成的影响。 船体形状优化与计算流体力学(CFD): 聚焦于拓扑优化方法在新型船体设计中的应用,如何利用多目标优化算法,在满足结构强度和稳性要求的前提下,最小化兴波阻力和粘性阻力,实现更流畅的流体附着。 第三部分:推进系统的智能化与自主化 未来的船舶将是高度自主运行的复杂系统,推进动力系统的精确控制是实现可靠自主航行的核心保障。 1. 预测性维护与健康管理(PHM) 我们不再被动地进行周期性维护,而是转向预测系统故障的发生。 基于声学指纹的故障诊断: 探讨利用高频振动传感器和声学传感器阵列,捕获发动机、齿轮箱和轴承在早期磨损阶段产生的特定“声学指纹”。通过机器学习模型识别这些细微信号,提前数周预测部件的剩余有效寿命(RUL)。 燃料质量的实时适应: 针对不同批次替代燃料(如生物柴油或不同浓度的甲醇/氨混合物)的热值和燃烧特性波动,介绍先进的在线传感器系统如何实时调整喷射压力、点火提前角和扫气过程,确保发动机始终运行在最佳效率点。 2. 人机协作与远程操作 在走向完全自主的过渡期,推进系统的操作界面和决策支持系统至关重要。 直观的推进状态可视化: 设计多维度数据融合界面,将燃料消耗率、电池SOC、推进效率和环境载荷(风浪)以统一的态势图呈现,辅助船长和轮机员做出最优的功率分配决策。 远程干预协议: 针对偏远海域的无人值守船舶,建立在网络安全基础上的远程诊断与控制链路,确保在紧急情况下,岸基工程师能够快速、安全地接管关键的推进系统操作权限。 本书面向船舶工程、海洋动力学、能源科学以及智能控制领域的专业人士、研究人员和决策制定者,旨在提供一个全面、前瞻且极具操作指导意义的参考框架,以应对下一代海洋动力系统的技术挑战。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我必须承认,这本书的内容广度和深度都超出了我最初的预期,尤其是在涉及到材料科学和耐腐蚀性处理方面。我原以为这部分会是草草带过,毕竟重点应该放在动力学和流体方面。谁知,作者花了整整两个章节来详述不同合金在长期海洋环境下,特别是面对高盐度和生物附着问题时的表现差异。他不仅罗列了各种不锈钢、镍基合金的性能参数,还深入分析了这些材料在微观层面的晶格结构如何影响其抗疲劳和抗点蚀能力。书中提到了一种新型复合材料在深海潜水器上的应用案例,那部分描述得栩栩如生,让我仿佛亲眼看到了材料工程师们如何在极端环境下进行反复试验和失败。更让我惊喜的是,书中还穿插了一些关于维护和寿命预测的实用知识,这对于任何从事船舶运营或管理的人来说,都是极其宝贵的现场指导。这本书真正做到了“面面俱到”,它把一个看似纯粹的工程学科,与材料学、环境科学甚至经济学巧妙地编织在了一起,构建了一个宏大而又精密的知识体系。

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这本书带给我的阅读体验,更像是一场穿越时空的学术对话。我发现作者在行文风格上有一种独特的古典气息,遣词造句非常讲究,很少使用那种浮夸的、自我标榜的语气。在阐述那些极为复杂的数学模型和控制理论时,作者总是保持着一种近乎学者的谦逊与审慎。例如,在介绍先进的矢量推力控制系统时,他并没有武断地下结论说某一种技术是绝对最优的,而是非常细致地分析了在不同海况、不同工况下,各种方案的优缺点和适用范围,并且会引用不同学派的观点进行对比,最终引导读者自己去形成判断。这种开放式的引导,极大地激发了我的批判性思考。我常常在阅读时忍不住停下来,拿起笔在旁边的空白处进行演算,试图去验证作者的某个结论,或者探索一个他未曾提及的变体情况。这本书的深度,允许读者进行这样的深度互动,它不是一个单向的知识灌输者,而是一个沉默的、等待被挑战的同行。这种感觉在当前许多追求快速阅读的出版物中,是极为罕见的珍宝。

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我是在一个非常偶然的机会下接触到这本书的,当时正在为我手头的一个关于船舶能效优化的小项目寻找参考资料。坦白说,我对这本书的期望值其实并不高,市面上同类的专业书籍往往内容陈旧,要么侧重于过时的机械设计,要么就是过度简化,缺乏深度。但这本书完全颠覆了我的认知。它对现代船舶推进系统的分析,简直是深入骨髓。我特别关注了其中关于新型叶片几何形状对空化现象影响的章节,那里的数据分析严谨得令人叹服。作者似乎掌握了最新的仿真技术和水池测试数据,用一种近乎苛刻的精度去剖析每一个设计参数对推进效率和噪音的影响。更难能可贵的是,它没有停留在描述“是什么”,而是深入探讨了“为什么”和“如何改进”。例如,在讨论如何平衡推力和扭矩输出时,书中提出的多目标优化算法介绍得极其清晰,即便是对优化理论不甚熟悉的读者,也能通过其详尽的步骤推导跟上思路。读完这部分内容,我立刻回去重新审视了我项目中那些看似成熟的设计方案,发现了好几个可以大幅提升性能的潜在突破口。这本书的价值,绝不仅仅在于提供知识点,更在于它提供了一种顶尖的、解决实际问题的思维框架。

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这本书的装帧设计真是没得挑剔,封面那种深邃的蓝色调,配上烫金的字体,拿在手里就感觉沉甸甸的,很有分量感。初拿到手时,我其实有点担心内容会过于晦涩难懂,毕竟“海洋动力”和“推进器”听起来就充满了专业术语。然而,翻开第一章,作者的叙事方式立刻抓住了我的注意力。他没有一上来就抛出一大堆公式,而是从人类探索海洋的宏大历史背景切入,将复杂的工程原理融入到那些激动人心的航海故事之中。比如,他详细描绘了早期蒸汽船螺旋桨设计上的种种困境与突破,那种将理论与实践紧密结合的叙事手法,让原本冰冷的科学知识瞬间鲜活了起来。特别是关于流体力学的部分,作者用了大量的图解和类比,比如将水流比作空气在机翼上的流动,这种接地气的解释方式,极大地降低了阅读门槛。我尤其欣赏作者在章节末尾设置的“历史侧记”,那些小小的插叙,总能让人对某一技术点背后的研发艰辛和先驱者的智慧产生更深的敬意。这本书的排版也极其考究,字号大小适中,行距留得恰到好处,即便是长时间阅读,眼睛也不会感到特别疲劳。它不仅仅是一本技术手册,更像是一部海洋工程的艺术史,让人在学习知识的同时,也能感受到人类智慧的传承与光辉。

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读完这本书,我最大的感受是作者对“可持续性”和“未来趋势”的敏锐洞察力。在传统推进技术讲解之后,作者并没有就此打住,而是将视野投向了未来十到二十年海洋动力的发展方向。他花了相当大的篇幅讨论了电动化、氢燃料电池以及波浪能回收技术在船舶上的集成潜力与挑战。特别是关于能源存储密度和快速充放电系统在海上的可行性分析,我认为是全书最具前瞻性的部分。作者没有回避这些新技术当前面临的巨大工程难题,例如电池的体积重量比和深海环境下的安全性,他甚至引用了未公开的行业内部报告来佐证他的观点。阅读这些内容时,我感觉自己仿佛不是在读一本已出版的书,而是在参与一场前沿的行业研讨会。这本书的参考书目部分也做得非常扎实,引用了大量近五年的顶尖期刊论文,这表明作者的研究是基于最新的、不断迭代的知识基础之上的。对于任何希望站在行业前沿,参与到未来海洋动力革命中的工程师和研究人员来说,这本书无疑是一份不可多得的“导航图”。

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