船舶縱傾減阻方法及應(yīng)用研究.pdf

1、節(jié)能減排成為當(dāng)今社會(huì)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，隨著船舶工業(yè)的不斷發(fā)展以及一系列有關(guān)節(jié)能減排國(guó)際新標(biāo)準(zhǔn)的相繼出臺(tái)，綠色船舶技術(shù)以其低碳、節(jié)能和環(huán)保的特點(diǎn)日益受到業(yè)界重視，從而成為船舶工業(yè)發(fā)展的重要方向，而具有優(yōu)良的阻力性能是綠色船舶的重要體現(xiàn)。目前，阻力性能優(yōu)良的船舶主要通過(guò)型線優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法來(lái)得到，但是對(duì)于已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的船舶來(lái)說(shuō)，通過(guò)改型方法實(shí)現(xiàn)減阻會(huì)付出很大的代價(jià)。而船舶縱傾節(jié)能技術(shù)是一種快速響應(yīng)目前行業(yè)形勢(shì)且方便可行的方法，該方法無(wú)需對(duì)船舶進(jìn)行改

2、型，只需對(duì)船舶的首吃水和尾吃水進(jìn)行調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)減阻，即在全航程各個(gè)工況下尋找快速性比較優(yōu)秀的船舶縱傾姿態(tài)，以減少目標(biāo)航速下航行時(shí)所需的功率。本文在研究方法、水動(dòng)力特性、實(shí)船應(yīng)用、影響因素和系列船型圖譜等方面對(duì)縱傾節(jié)能技術(shù)開展了系統(tǒng)的研究，使得該技術(shù)能夠更好地應(yīng)用于各類船舶，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。
　　船模試驗(yàn)和CFD（Computational Fluid Dynamics）數(shù)值模擬相結(jié)合的方法是船舶水動(dòng)力性能研究的主流方法，但試驗(yàn)

3、結(jié)果和CFD數(shù)值模擬結(jié)果的可信賴程度評(píng)估是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。本文第一部分工作是開展了4250TEU集裝箱船模型阻力試驗(yàn)研究，為了評(píng)估試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性并提高試驗(yàn)精度，采用ITTC（International Towing Tank Conference）最新推薦規(guī)程開展了船模阻力試驗(yàn)的不確定度分析，對(duì)阻力試驗(yàn)過(guò)程中各誤差源及其不確定度計(jì)算方法進(jìn)行了研究。通過(guò)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)縮方程的不確定度計(jì)算，給出了總不確定度及各誤差源不確定度對(duì)總不確定度的貢獻(xiàn)率。本文第

4、二部分工作是研究了集裝箱船型阻力數(shù)值預(yù)報(bào)方法，對(duì)數(shù)值模擬過(guò)程中的各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，包括船體曲面造型、計(jì)算域和邊界條件的確定、全結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的劃分和數(shù)值求解方法等開展了詳細(xì)的討論和分析。并且基于ITTC規(guī)程對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了不確定度分析，以確認(rèn)數(shù)值計(jì)算結(jié)果的可靠性。
　　本文第三部分工作是開展了不同縱傾角下船舶的水動(dòng)力性能變化特性研究，采用CFD數(shù)值計(jì)算的方法，從船型、阻力成分和船舶周圍流場(chǎng)三方面入手，研究4250TEU集裝箱船縱傾減阻

5、原因，為該技術(shù)能夠更好地應(yīng)用于實(shí)船提供理論支撐。本文第四部分工作是開展了縱傾節(jié)能技術(shù)的實(shí)船應(yīng)用研究，首先將4250TEU集裝箱船的船模阻力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實(shí)船的主機(jī)功率，形成基本數(shù)據(jù)庫(kù)。然后應(yīng)用三維響應(yīng)面的方法建立主機(jī)功率關(guān)于吃水、縱傾和航速的三維響應(yīng)面，在響應(yīng)面上采用直接搜索法尋找最佳縱傾值。最后基于響應(yīng)面優(yōu)化算法開發(fā)了能夠指導(dǎo)船舶實(shí)際營(yíng)運(yùn)的縱傾優(yōu)化軟件系統(tǒng)，并進(jìn)行了實(shí)船航行試驗(yàn)，驗(yàn)證了該軟件系統(tǒng)的實(shí)用性和節(jié)能效果的可靠性。
　　本文

6、第五部分工作是研究了推進(jìn)效率和淺水航道對(duì)最佳縱傾的影響，采用模型試驗(yàn)的方法，開展了1100TEU集裝箱船船模在不同縱傾狀態(tài)下的阻力試驗(yàn)和自航試驗(yàn)，尋找各工況下船舶快速性能最佳的航行縱傾點(diǎn)，分析推進(jìn)效率對(duì)最佳縱傾產(chǎn)生的影響。采用 CFD數(shù)值計(jì)算的方法，開展了4250TEU集裝箱船在不同水深航道中的變縱傾阻力計(jì)算，分析不同水深航道對(duì)最佳縱傾產(chǎn)生的影響。本文第六部分工作是對(duì)系列集裝箱船分別開展了不同的吃水、縱傾角和速度下的船模試驗(yàn)，研究各集裝