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航速優(yōu)化化石燃料的廣泛應(yīng)用加快了人類文明的進(jìn)程，但同時也污染了環(huán)境。因為大量燃燒化石燃料使大氣中CO₂濃度增加，引起溫室效應(yīng)而導(dǎo)致全球變暖。人們意識到環(huán)境保護的重要性，開始從各個方面著手減少碳排放。
船舶航行大多使用柴油發(fā)動機，航行時受到的阻力通常和航行速度的平方成正比。降低航速可以大大減小航行阻力，發(fā)動機對推進(jìn)設(shè)備做功的功率即推進(jìn)功率就會大大減小，從而減少燃油消耗。但航速不是越小越好，因為船舶航行過程中除了推進(jìn)設(shè)備，還有其他輔助設(shè)備工作，需要發(fā)動機做功。航速減小后，一段航程所需的航行時間就會延長，雖然推進(jìn)功減少，但輔助功增加了。發(fā)動機要做的功包括推進(jìn)功和輔助功兩部分。航速優(yōu)化就是要找到適合的航速，使發(fā)動機做的總功減少，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
（1）在柴油發(fā)動機的工作循環(huán)中，排出CO₂氣體的沖程是

排汽沖程

排汽沖程

。
（2）若船舶以速度v勻速直線航行，航行時受到的阻力為f=kv²（k為常量）。則理想情況下，推進(jìn)功率和速度的關(guān)系為P_推=

kv³

kv³

。
（3）某船舶航行時，每公里航程的推進(jìn)功、輔助功和航速的關(guān)系如圖所示，柴油發(fā)動機的效率為40%，柴油的熱值為4.3×10⁷J/kg,以8m/s航速航行43公里需要消耗柴油

2×10³

2×10³

kg。

（4）第一次工業(yè)革命時期，蒸汽機登上了人類歷史的舞臺，由于燃料在氣缸外燃燒，蒸汽機的效率只有5%，蒸汽機主要采用的焦炭（煤），焦炭的熱值為3.2×10⁷J/kg,隨著科技的發(fā)展核能走進(jìn)了人類文明，lg鈾裂變產(chǎn)生的能量約為2.5t的焦炭完全燃燒放出的熱量。如果（3）中船舶以6m/s的航速，采用蒸汽機驅(qū)動，焦炭做為燃料航行40000km,消耗的焦炭完全燃燒放出的熱量相當(dāng)與

7

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kg的鈾裂變產(chǎn)生的能量。