原文传递
风载荷作用下船舶能耗响应及优化减阻研究
| 论文题名： | 风载荷作用下船舶能耗响应及优化减阻研究 |
| 关键词： | 船舶阻力;风载荷;能耗分析;仿真模型 |
| 摘要： | 随着人们对船舶经济性和环境的持续关注，船舶能耗水平越来越受到船东的重视，而船舶能耗与阻力直接相关，船舶在航行中根据流体介质的不同，其所受阻力可以分为水阻力和风阻力。对于主流商船船型，水阻力是船舶阻力的主要成分，因此在很长的一段时期内，船舶阻力研究的重点多集中于船舶水阻力。然而，随着对节能减排工作的不断深入，风阻力也成为当前研究的热点。不管是从船舶航行安全，还是从能效提升的角度来看，船舶风载荷的研究都具有十分重要的理论意义和实用价值。 在采用经验公式及数值计算方法计算船舶风载荷的基础上，建立了船舶能耗仿真模型并开展了实船数据采集试验，研究了风载荷对船舶能耗的影响，量化了风阻对于船舶阻力及能耗的影响水平，开展了船舶上层建筑构型优化，以降低船舶风阻力。论文的主要研究工作如下： （1）研究了船舶风载荷计算方法。采用基于风洞试验的Isherwood、Fujiwara和Blendermann等3种经验公式以及FLUENT软件，计算了对象船舶在不同风向角下的风载荷系数，并将计算结果进行了对比和分析。研究结果表明，在风载荷计算中，FLUENT软件的计算结果与Blendermann方法的计算结果吻合程度最好，Blendermann方法在对内河游轮风载荷计算时准确度较高，采用的数值计算策略及网格形式可较好预报旅游船的风阻力。 （2）研究了风阻对船舶阻力及油耗的影响。在分析内河船舶数据需求的基础上，开展了船舶能效数据采集系统的设计、设备选型与安装工作，构建了“凯娅”号旅游船的能耗数据采集系统，获得了重庆至上海航段的大量通航环境及能耗数据。采用Blendermann方法建立了风载荷模型，并根据船机浆匹配原理，通过船舶原理理论得到了主机油耗与各有关变量之间的数学模型，建立了船舶能耗仿真模型。由获得的实船数据及能耗仿真数据，重点分析了不同风速风向下，风阻对船舶总阻力及主机油耗的影响情况。研究结果表明，风速对船舶总阻力及船舶主机油耗都有较大影响，风向对阻力及油耗的影响同样不容忽视。 （3）研究了船舶降风阻优化设计。在分析船舶上层建筑压力云图及流场信息的基础上，结合船舶实际情况，提出了3种优化减阻方案，并利用FLUENT软件对3种优化设计方案进行了数值模拟计算，从中选出最佳降阻构型，以降低船舶能耗。研究结果表明，通过对上层建筑角隅处的导流型设计，3种优化减阻方案都达到了降阻节油效果，在对象船舶经常遭遇的7m/s风速下，风阻最大减少了11.1％，相应的油耗节省了0.4%左右。 |
| 作者： | 陈前昆 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 严新平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
