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圆弧型风帆的气动优化及双帆干扰研究
| 论文题名： | 圆弧型风帆的气动优化及双帆干扰研究 |
| 关键词： | 圆弧型风帆;气动优化;双帆干扰;计算流体力学;最大推力系数 |
| 摘要： | 随着全球能源危机和空气污染的日益严重，利用风帆辅助船舶航行的方法，以其可持续发展，绿色环保等优点获得了航运界和船舶工业的广泛关注。优化风帆的空气动力学特性，进一步提高风帆利用风能的效益是风帆研究的重点之一。本文对普通圆弧型风帆进行了结构调整，使之成为双圆弧型风帆，通过计算流体力学(CFD)，采用控制变量法，分析了影响其空气动力学性能的相关参数，依据最大推力系数原则得到了优化的最终模型，并对该模型进行了双帆干扰研究。 首先，通过查阅风帆应用的相关资料，分析了不同种类风帆的优缺点，最终选用传统单圆弧型风帆作为优化对象，改变其结构形式，定义其结构参数;并选用某散货轮作为目标船舶，对优化对象进行了主尺度的设计。 然后，对数值建模过程中的湍流模型、壁面处理、边界条件、离散方式等影响计算结果的因数进行了比较研究，得到了适合本文模型求解的参数设置。在CFD软件中，采用控制变量法，分别对双圆弧型风帆的外拱和内拱的拱度比进行了研究，得到了它们对双圆弧型风帆气动特性的影响规律。基于最大推力系数原则，选择最终的优化模型为双圆弧型风帆0.5-0.35，其较普通单圆弧型风帆-0.16的最大升力系数提高50％左右，最大推力系数最大提高约67％。对该风帆实际工作中的迎风偏差和船舶侧倾造成的推力减额进行了定量计算。 最后，对优化后的模型，进行了双帆干扰研究，主要研究了影响双帆干扰的来流方向和双帆帆距的两个因数。结果显示双帆的侧向逆风性能较好，侧向顺风性能较差，完全顺风时性能最差;双帆的帆距在大于3倍弦长时，其相互干扰较弱，侧向顺风还可能出现有利干扰;数值计算得到了帆距为4倍时候的双帆同步控制特性曲线，并针对其完全顺风条件下（最不利干扰）的“Z字形航线优化”进行了定量计算，结果显示，小范围的偏航角可以提高双帆利用风能的效益。 |
| 作者： | 林虹兆 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 黄连忠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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