一种海藻打捞船开发研究.doc

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附件1：哈尔滨工程大学国家大学生创新训练项目申请书院系名称船舶工程学院　　项目名称一种海藻打捞船开发研究研究周期　 1年项目负责人马腾所在年级、专业 2011级船舶与海洋工程专业联系电话 18945694816 电子邮件 952445146@　　指导教师张学伟哈尔滨工程大学教务处制填写说明及注意事项一、申报书须逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无”。二、表格中的字体小四号仿宋体，1.5倍行距；需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。均用A4 纸打印，于左侧装订成册。三、参与计划的学生要对科学研究或创造发明有浓厚的兴趣，并在导师指导下完成实验过程；参与学生要自主设计实验、自主完成实验、自主管理实验；注重创新训练项目实施过程，强调项目实施过程中学生在创新思维和创新实践方面的收获。四、参与大学生创新训练项目的学生不超过3人，项目执行时间为1年或2年。五、指导老师应具有中级职称以上（含），每个指导老师指导的项目数不超过1项。六、创新训练项目必须先由导师提出意见、由所在院（系）审核后再推荐上报。推荐上报的计划项目表一式三份（均为原件）报送教务处，同时提交电子文档。项目名称一种海藻打捞船开发研究项目周期 1年项目负责人马腾学号 2011011617 班级 20110116 入学年份 2011 电话 18945694816 E-mail 952445146@ 项目组其他成员学生姓名性别院（系）名称专业年级联系电话刘京男 2011011614 船舶工程学院船舶与海洋工程 15573174992 雷明男 2011011609 船舶工程学院船舶与海洋工程 14745154384 指导教师姓名张学伟性别男民族汉职称讲师手机 15804614979 项目来源（在相应位置打√）学生自拟项目（√）、导师提供项目（）一、项目研究背景（500字以内）近些年，全球范围内海藻泛滥情况日益严重。在较高的温度和水体循环模式等因素的作用下，沿海地区，如中国的青岛，美国西海岸，或者在一些淡水区域，如美国的五大湖区等，都能常常见到大规模的藻类爆发事件，将这里的水面染成绿色或红色。但这仅仅是个开始，据美国南加州大学的研究人员表示，全球范围内正在出现藻类爆发不断增加的趋势，这一现象在我国显得尤为严重。中国男孩在海藻里游泳（青岛）而藻类过度繁殖时,便会引起赤潮。赤潮是在特定的环境条件下，海水中某些浮游藻类、原生动物或细菌爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种有害生态现象，不仅对海洋生态平衡产生破坏，还会对海洋渔业和水产资源造成极大的不利影响。而对于大规模爆发的海藻泛滥，我们还缺少一种快速有效的处理手段。现有海藻处理方法多为需要庞大人力的人工打捞作业，不仅费时费力，而且效率极低，很难满足需要。而在河道中作业的水藻打捞船多为明轮推动，在提高灵活性的同时却牺牲了推进效率，而且因其收集方式的限制，无法完成对体积较小海藻的清理工作，同时，其现有船型很难满足近海作业条件。因此，我们需要一种在现有水藻打捞船的基础上进行改进，使其满足海藻清理作业需要的海藻打捞船。二、项目立论依据 1．项目研究目的和意义（500字以内）（关于海藻打捞船的初步设想图）本项目主要目的即为在现有水藻打捞船的基础上进行改进，使其能适应海藻打捞作业的需要。首先，现有水藻打捞船其工作地点多为河道、湖泊等水域情况简单，水流平缓区域，这与近海区域水况复杂的情况不同。因此，必须对其船体进行改进，设计一种能够适应在近海海域航行，航速较快、阻力较小的新船型。同时，现有水藻打捞船多为明轮驱动，这种推进方式能使其在狭窄的河道中灵活转弯，但却不适用于近海航行。因此，将原有的双明轮推进改为前置的双吊舱推进器，在保证其灵活性的同时增大其推进效率。另外，传统的前部收集装置会在船航行时带来不必要的阻力的问题，且由于海藻为无根、漂浮且体积较小，水藻打捞装置很难彻底的清除海藻，因此，必须根据海藻的特点设计一种全新的打捞装置，以完成海藻打捞作业和降低航行阻力的需要。本项目拟采用传统收集装置与采用吸尘器原理的负压吸收装置同时工作的方法，增大其对大、中、小体积海藻的清理效率。同时，考虑到存储问题，必须在船舱设计一种脱水装置，以增大海藻储量。利用这种海藻打捞船，可是海藻打捞摆脱使用大量人力用网兜打捞的传统方式，大大提高了清藻效率，减小了清藻所需的人力物力，间接带来大量的经济效益。同时，海藻打捞船清藻所需时间更短，减小了海藻对周边海域生态平衡和资源的破坏。 2．国内外研究现状（500字以内）国产许苔打捞船我国对藻类清理船只的研究主要局限于水藻清理，海藻打捞船则是照搬水藻打捞船模式，所建造船只对海况适应能力差，推进效率低，稳定性差，无法对海藻进行彻底清理。同时，因其藻类存储空间有限，其单次工作时间也比较短。而国外对于海藻的治理则已经初具规模。法国于2012年提出ULVANS海藻产业链项目，该项目会给法国布列塔尼地区沿海的海藻问题提供解决方案，在海藻腐烂之前将它们收集并且加工成天然的农业产品，然后销往法国以及其他国家。据相关消息称，该项目预计初处理每年1.5万吨的海藻。该项目采用新型的对海洋生态环境无害的压送和泵送技术打捞绿藻，这种技术可以高效、清洁的打捞水藻，但投资巨大，在中国很难大规模推广使用。三、项目实施方案（2500字以内） 1．项目研究目标、研究内容和拟解决的关键问题研究目标为解决海藻泛滥事件频发且较难处理的问题，在现有水藻打捞船基础上研发海藻打捞船。研究目标包括“船型的外观设计”和“海藻打捞及脱水存储系统”设计。 “船型的外观设计”包括对水藻打捞船船型进行改进，减少其航行阻力，增大其耐波性，使其能适应近海海况，同时对甲板不同功能区域进行合理划分；对传统水藻打捞船的推进方式进行改进，再不对其灵活性造成较大损害的情况下提高其航速和推进效率。 “海藻打捞及脱水存储系统”包括依据海藻与水藻的异同设计一种适用于海藻的收集装置，增加打捞效率；对水藻打捞船脱水存储方式进行修改并对其进行合理的布置。研究内容（1）确定船体形状，使其在取得较好的耐波性，以满足近海航行的要求，同时在保证其灵活性和适当航速的基础上增大其海藻存储舱体积。（2）对推进系统进行优化设计并合理布置，使其同时满足灵活机动和较高航速的要求。（3）改进传统的水藻收集方式，依据海藻无根、漂浮、体积较小的特点设计一种适用于海藻的打捞系统并确定其布设位置。（4）对现有脱水存储装置进行改进并于船舱中合理布置。（5）对甲板进行合理的区域划分，确定各区域功能及仪器的安装位置。（6）模型制作。包括裸船体、收集装置、推进系统的制作与安装。（7）模型实验研究。拟开展:a平静水域海藻打捞船前进的稳定性和速度分析（满载、空载）；b逆流时海藻打捞船前进的稳定性和速度分析（满载/空载）；c对于大、中体积海藻，打捞船的打捞效率；d对于小体积海藻，打捞船的打捞效率（8）对主船体和打捞装置进行优化设计，重新确定其船体形状及仪器布设位置。拟解决的关键问题（1）海藻打捞船内部脱水后海藻的存储问题海藻的存储量是决定一艘海藻打捞船单次作业量的最关键因素，因此如何实现脱水后海藻的最大化存储（即如何增大其船舱体积）是决定本设计是否具有足够的实用性和经济性的关键因素。（2）小体积海藻打捞方式的设计问题海藻不同于水藻，水藻有根，体积较大，而海藻则是漂浮于水面之上，且部分体积较小。在考虑船体行进造成的兴波对小体积海藻分布情况造成影响的基础上，设计一套能达到最大的打捞效率的海藻打捞装置是本项目第二个关键问题。（3）如何实现船体结构简单和稳定的问题作为一款小型工程船舶，海藻打捞船需要进行大批量生产，这决定了海藻清理船需要具有结构简单、易于生产、成本低廉的特点；同时，由于其航行区域为近海，海况较为复杂，为预防可能产生的极端天气，海藻打捞船必须具有足够的稳定性和安全性。而如何设计一款兼顾两者的新船型是本设计所需解决的第三个问题。 2．项目的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析研究方法项目参考国内外同领域研究，以现有水藻打捞船为蓝本，利用fluent等流体力学软件及CAD、CATIA软件对裸船体、打捞装置、推进系统等进行结构创新设计，通过实验的方法，研究海藻打捞船行进和作业效率，并对其进行优化。技术路线项目首先根据流体力学、结构力学对裸船体进行设计，在保证其结构简单、可靠的基础上增大海藻存储仓体积，增加海藻可容纳量，改进脱水装置并于船舱中进行合理布设，同时设计其动力系统，保证其具有足够的灵活性和较高的航速；然后根据海藻特点，设计一套清理海藻快速、彻底的打捞装置；最后将打捞装置与船体进行组合，并利用实验的方法取得相关数据，进行优化设计。实验方案（1）平静水域海藻打捞船前进的稳定性和速度分析实验（满载/空载）。分别在无加装砝码和加装与预计载重量质量相同的砝码情况下，在无流动水流的水域中使用直线位移传感器和双轴加速度计测量模型推进速度、横倾、纵倾以及重心处的加速度。（2）逆流时海藻打捞船前进的稳定性和速度分析（满载/空载）。分别在无加装砝码和加装与预计载重量质量相同的砝码情况下，在逆向水流中进行实验，流速分别取0.4m/s、0.6m/s、0.8m/s、1.0m/s，使用直线位移传感器和双轴加速度计测量模型的前进速度、模型的横倾、纵倾以及重心处的加速度。（3）对于大、中体积海藻，打捞船的打捞效率实验。在水池中随机布置200个直径为1mm至2mm的圆片，在打捞船对水池进行一次打捞后检查成功打捞圆片个数。（4）对于小体积海藻，打捞船的打捞效率实验。在水池中随机布置200个直径为0.5mm至1mm的圆片，在打捞船对水池进行一次打捞后检查成功打捞圆片个数。可行性（1）具备一定的专业技能项目组成员跟随指导教师学习了CAD软件、CATIA软件以及fluent、GAMBIT等流体力学软件，能够使用CAD软件和CATIA软件的基本功能；能够熟练使用Word和Excel等办公软件；学习了模型制作方法和机加工技术，具备模型制作和机加工能力；在船模水池实验室学习了一些实验技术和实验方法，具备独立开展实验研究的基本能力；同时本项目成员还负责并参与了多项国家立项及校级立项，在全国和省级比赛中多次获得一、二等奖，积累了丰富的经验。这些都为项目的顺利开展提供了技术保障。（2）具备一定专业知识项目组成员跟随指导教师学习了海藻的结构特点和分类，学习了传统海藻打捞装置的优点和不足，学习了船舶静力学和流体力学，了解分析了国内外海藻打捞船的研究现状，掌握了必要的专业知识。（3）具有仪器设备和场地保障项目实施依托船舶与海洋工程国家级实验教学示范中心的船舶设计科技创新中心和船模水池实验室，科创中心可以为项目开展提供激光雕刻机、样刀雕刻机、机床和制作场地的保障。船模拖曳水池实验室可以为项目实验提供船模水池、拖车和造波机等设备。科创中心设计研讨区科创中心模型制作区实验室水池及拖车（4）具有专业教师指导本项目指导老师近三年发表学术论文若干篇。目前主要从事流体方面研究，在本项目中负责测试系统设计与构建研究以及试验数据的处理与分析。 3．本项目的创新之处（1）采用创新的船型设计，在建造方面，船体部分结构简单、可靠，便于大批量生产；在使用方面，该船型阻力较低，耐波性好，能够满足近海航行作业任务。（2）采用全新的动力装置，前置的吊舱推进器在保证其灵活性的基础上提供了较高的航速，同时，较传统的明轮，吊舱推进器更加安全可靠，便于拆卸维修。（3）依据海藻漂浮无根、体积较小的特点，在传统水藻打捞的基础上设计一套适用于海藻的改进型海藻打捞及脱水存储系统，增大打捞效率。 4．项目研究的预期成果项目研究预期形成以下成果：（1）海藻打捞船模型1件；（2）海藻打捞船设计与实验研究报告1份；（3）在国家级刊物上发表论文1篇；（4）申请国家发明专利2项 “改进型海藻打捞船”外观设计专利 “改进型海藻打捞及脱水存储系统”发明专利；（5）结题报告1份。四、项目经费预算玻璃丝（30元/张×20 ） 600元原子灰（150元/桶×5） 750元环氧树脂（400元/桶×2） 800元固化剂(100元/桶×3) 300元有机玻璃板（400元/张×4） 1600元航模专用高强度松木条（2元/根×300） 600元高强度胶木板（150元/张×4） 600元模型制作指导费 500元五金工具组合套装（内含螺丝刀、测电笔、扳手、锯条、绝缘胶带等工具）500元家用多功能电钻（400元/台×1） 400元胶枪（50元×1）、胶棒（2元/根×100） 250元防水大扭矩减速电机（150元/台×4） 600元蓄电池（300元/台×2） 600元高转速电动机（200元/台×4） 800元三通道遥控（400元/台×2） 800元信号发射器 500元信号放大电路板 300元皮带轮（50元/条×6） 300元齿轮、齿轮箱、轴承、主轴等机械部件材料费及加工费 1100元双轴加速度计（1500元/台×1） 1500元直线位移传感器（300元/台×2） 600元数字万用表（200元/个×2） 400元水泵（100元/个×4） 400元螺旋桨（50元/个×4）、叶轮（50元/个×4） 400元文章版面费、审稿费（200元/页×5+100） 1100元参考资料及检索费 800元项目中突发费用和不可预见费用 1500元合计 19500元五、指导教师意见（600字以内）项目研究的选题意义、项目研究方案的科学性、可行性当今世界海藻爆发现象呈增加趋势，为应对这种现象需要一种及时、高效、便捷的海藻清理手段。其中海藻打捞船因其机动、便捷的特点，成为海藻清理的主要方式，但现存海藻打捞船对工作环境条件依赖大，并且难以对海藻进行彻底清理。本项目的提出一种改进型海藻打捞船能够满足近海作业条件，同时依靠其改进的海藻打捞装置对海藻进行高效、彻底的清理并进行脱水储其研究方案具备科学性，该项目结构简单、便于大量生产，开展具备可行性。同意项目申报，并愿意为项目开展提供指导。导师签字：年月日六、院系推荐意见院系盖章（签字）：年月日七、学校评审意见学校盖章（签字）：年月日八、申请者承诺本人保证上述填报内容的真实性。如果获得资助，我与本项目组的全体成员将严格遵守学校的有关规定，在不影响课程学习的同时，充分保证投入项目研究的时间，并按计划认真开展研究工作，在项目研究过程中或结束时，自觉接受学校对本项目的中期检查和结题验收，并按时提交工作总结和结题报告。申请者（签名）：年月日九、指导教师承诺本人承诺，愿意作为 “国家大学生创新性实验计划”项目的指导教师，认真负责审阅项目内容，全程指导学生进行研究性学习和创新性实验，认真组织学生讨论交流及审查学生的研究结果，保证本项目的顺利实施并达到预期成果。指导教师（签名）：年月日

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