散货船纵倾阻力研究

船舶在航运过程中为了节能减排并获得最大的经济效益,往往希望以同样的速度、同样的排水量行驶时能有更小的阻力,通过调节船舶纵倾角度来改变船舶的航态,进而减少船舶阻力是一种简单有效的方法。以180 000 DWT散货船在设计吃水设计航速平浮航态为基础,对船舶分别进行不同角度的首倾和尾倾的调节,在Fluent中用k-ε和k-ω两种湍流模型分别求解RANS方程组,计算出不同倾角下船舶阻力值。并通过相同工况下模型试验来验证计算结果,得出针对本180 000 DWT散货船而言,通过改变船舶纵倾角可以减少船舶阻力的结论。     

基于CFD的散货船纵倾优化研究

船舶阻力会随着航态的改变而改变。在航速和排水量不变的情况下,通过调节船舶纵倾进而减小航行阻力是1种可靠且通用性强的方法。文章以1万t的散货船为例,基于CFD数值计算仿真工具Fluent的k-ω湍流模型求解RANS方程组,验证Fluent仿真在船舶阻力计算方面的可靠性,并通过调节艏倾和艉倾,计算出相同航速不同纵倾角下的船舶阻力值,提出平浮并非是该船舶最佳航行状态的结论,对船舶实际运营提供指导。在此基础上,提出1种对Fluent进行二次开发以进行更高效船舶阻力预报的方法。     

散货船纵倾减阻及其成因分析

船舶纵倾优化作为一种有效的节能减排技术已越发受到人们的关注。为了研究船舶纵倾优化过程中纵倾调整对船舶阻力变化的影响,采用计算流体力学方法(Fluent软件)运用RANS方程加VOF自由面模型的方法求解了180000DWT散货船在不同纵倾状态下的阻力数值和流场信息,将阻力计算结果与模型试验结果进行对比,验证数值计算的准确性。比较不同纵倾状态下阻力值,得到船舶设计状态阻力随纵倾变化规律。进一步运用Euler方程加VOF自由面模型的方法求得兴波阻力,总阻力减去兴波阻力即为粘性阻力,结合流场细节分析和比较,获得船舶纵倾优化过程中总阻力变化的主导因素。本文研究对于纵倾优化技术在散货船型上的应用具有积极的指导意义。     

集装箱船纵倾优化数值模拟

随着全球能源和环境问题越来越严峻,航运市场低迷和竞争的日益激烈,节能减排已成为航运业的迫切需求。船舶纵倾优化具有成本低、易实现和效果佳等优点,是一种更好的节能减排方法。以KCS集装箱船在设计吃水时平吃水状态为基础,对船舶分别进行不同纵倾状态调节,利用RANS方法和切割体自动划分网格技术,计算船舶在不同首倾和尾倾状态下的阻力数值。结果表明,在不考虑水深影响的情况下,KCS集装箱船在不改变船舶航速、载重量的前提下,可以通过纵倾优化调节减少船舶阻力。     

集装箱船纵倾优化数值模拟

随着全球能源和环境问题越来越严峻,航运市场低迷和竞争的日益激烈,节能减排已成为航运业的迫切需求。船舶纵倾优化具有成本低、易实现和效果佳等优点,是一种更好的节能减排方法。以KCS集装箱船在设计吃水时平吃水状态为基础,对船舶分别进行不同纵倾状态调节,利用RANS方法和切割体自动划分网格技术,计算船舶在不同首倾和尾倾状态下的阻力数值。结果表明,在不考虑水深影响的情况下,KCS集装箱船在不改变船舶航速、载重量的前提下,可以通过纵倾优化调节减少船舶阻力。     

内支线集装箱船最佳航态研究

为有效提升船舶能效,本文针对内支线敞口集装箱船,通过数值计算分析,建立各典型载况及航速下船舶阻力与纵倾角度间的数学模型,从而在营运中通过航态最优化来实现船舶节能。     

船舶几种浮态下阻力的数值计算方法

商船会因装载不同而吃水大幅增减,舰艇会因战损而出现严重纵横倾,如何在浮态急剧变化时估算船舶的快速性,是一项具有普遍意义的课题.为了解决上述问题,采用计算流体力学方法对某型船模进行了大量计及自由表面的不同浮态下的阻力数值计算,在深入分析船体浮态改变时影响船舶阻力诸因素的基础上,对数值计算结果进行了研究,推导出船舶吃水、纵倾和横倾变化时的阻力估算公式.据此进行的数值计算结果与水池试验结果对比,吻合良好,从而验证了提出的计算模式的可行性,为解决船舶任意浮态下的阻力计算问题提供了新的思路.     

基于STAR-CCM+的30000 t散货船水阻力计算

考虑到船舶数值模拟过程中的不同的计算策略对于船舶阻力精确度影响不同,对STAR CCM+软件仿真过程中影响较大的几种影响因素进行对比分析,探讨了30 000 t散货船在不同计算区域、网格密度以及湍流模型等条件下船舶阻力的变化情况。结果表明,相比减少网格基础尺寸,适当的增加计算区域,可以在保证计算精度的情况下,减少计算时长,推荐采用SST K-Omega湍流模型进行仿真计算。提出的计算策略仿真误差在5%以内,满足实际的工程设计需要,是一种较为可靠的船舶阻力数值模拟方法,可为今后散货船静水阻力数值计算提供参考。     

NYK与常石造船联合开发减少风阻系统

日本研发人员称．他们发现通过在大型散货船和油轮的上层建筑上增加偏转条的方式能削减10％的风阻力。一直以来．日本邮船公司（NYK）和日本常石造船集团（Tsuneishi）就利用风洞试验来评估如何能减少风阻力，他们开发了一套名为mt—Cowl的系统。风洞测试模式显示风阻力减少了10％．假设逆风风速为17节，一艘航行船舶按航速15节计算．那么其相应的风速就有32节。按照这个比例，一艘180000dwt的散货船，每年就能减少二氧化碳排放量520吨．可提高燃料效率。     

今年上半年，我院设计的船舶已建成交船16艘

在船厂、船东和我院设计人员的共同努力下,我院设计的船舶今年上半年已顺利建成交船的有16艘。交船的船型有:74000DWT散货船、53800 DWT散货船、53500DWT散货船、13000DWT散     

半滑行船扰流板阻力试验研究

半滑行船的航行姿态对船体阻力影响较大。为研究扰流板对半滑行船的降阻作用,首先在3种典型载况下,确定了船模未加扰流板的阻力、纵倾及升沉;然后在这3种载况下,于船模艉部添加扰流板,与静水未添加扰流板时船模的阻力和航态作比较,且不同航速时扰流板的设置不同。实验结果表明:合理的扰流板高度可以减小半滑行船的纵倾角和阻力;扰流板的降阻效果与船模的压载有关,其中满载情况下的降阻效果最为明显,最大可达6%。     

基于纵倾优化的油船节能研究

以成品油船的阻力性能为优化指标,根据船体型线图,采用CATIA及ICEM软件,建立三维模型及计算域,划分结构性网格;采用计算流体力学软件(Fluent)计算目标船在变纵倾状态和吃水下的阻力值,并与船模拖曳试验相比较,分析纵倾变化对船舶阻力性能的影响规律.结果表明:该方法可以确定船舶在不同吃水下的最优纵倾值,并为船舶的实际运营提供建议,从而提高船舶的节能减排率,为发展绿色船舶提供新方向.     

“门”字型货船最佳纵倾试验研究

正确地调整船舶航行时的纵倾是一项有效的节能措施,特别对载重量变化频繁的杂货船及带球首的船尤为重要。 上海船研所于1982年开始,对“门”字型货船进行了调整纵倾试验研究。通过变四种排水量、每种排水量各变五个纵倾状态的阻力、自航试验结果的分析,可以看出,对每一种排水量、每一个航速都存在一个最佳纵倾状态,其节能效果相当显著。 本文分析了吃水及纵倾变化对船舶阻力和自航要素的影响。通过对最佳纵倾与常用纵倾装载航行的营运经济进行分析比较可知,在最佳纵倾航行时平均每天可节油2.55 t左右。     

基于纵倾调整的集装箱船实海域航行阻力减少的研究

为应对"能效运营指标(EEOI)自愿应用导则",提出了在航行中采用调节纵倾的方法,降低营运能耗。选取了3100TEU集装箱船作为研究对象,应用Rankine源自由面势流理论计算不同纵倾下船舶兴波阻力系数以及总阻力系数,应用三维面元法计算了规则波中的波浪增阻,并针对实海域进行了増阻预报。研究表明,一定的艉倾能减小兴波阻力和总阻力。通过实海域増阻预报,服务航速下采用艉倾0.4°的纵倾航行会使波浪増阻增加4.21%,但总阻力仍能减少3.38%,较有效地降低了EEOI值。     

A numerical investigation of the squat and resistance of ships advancing through a canal using CFD

As a ship approaches shallow water, a number of changes arise owing to the hydrodynamic interaction between the bottom of the ship’s hull and the seafloor. The flow velocity between the bottom of the hull and the seafloor increases, which leads to an increase in sinkage, trim and resistance. As the ship travels forward, squat of the ship may occur, stemming from this increase in sinkage and trim. Knowledge of a ship’s squat is necessary when navigating vessels through shallow water regions, such as rivers, channels and harbours. Accurate prediction of a ship’s squat is therefore essential, to minimize the risk of grounding for ships. Similarly, predicting a ship’s resistance in shallow water is equally important, to be able to calculate its power requirements. The key objective of this study was to perform fully nonlinear unsteady RANS simulations to predict the squat and resistance of a model-scale Duisburg Test Case container ship advancing in a canal. The analyses were carried out in different ship drafts at various speeds, utilizing a commercial CFD software package. The squat results obtained by CFD were then compared with available experimental data.     

船体艏部水动力性能优化

提出一种以势流兴波阻力理论Rankine源方法为基础,结合SHIPFLOW软件为计算工具,利用CAD-CFD集成平台FRIENDSHIP-Framework软件进行变形优化,研究船舶的最小兴波阻力型线优化设计的方法,并考察了兴波优化得到的船型总阻力变化情况。在型线优化过程中,以兴波阻力系数为目标函数,排水量变化范围为约束条件,在Wigley船体前端增加一个利用Feature建模技术参数化生成的球艏并调整艏部型线使得船体表面光顺。选取球鼻艏形状的各项参数作为基本设计变量,利用DOE方法对船艏进行优化,获得了设计航速下兴波阻力较小的船型,验证了所提方法进行船艏型线优化的有效性。相应的考察变形及优化前后总阻力变化情况表明:在高傅汝德数情况下增加球艏所带来的粘性阻力的增加小于兴波阻力的减小量,总阻力得到了改善,优化后得到的球艏能在进一步减小兴波的同时减小总阻力。此外,还运用所提方法对3100TEU船型的船艏,利用Delta Shift方法进行变形,在设计航速下,将变形的参数作为设计变量,利用DOE方法进行优化设计。结果显示:在排水量限制范围内当球鼻艏向上向前伸展一定长度时可以降低兴波阻力。与此同时,由于优化前后船体湿表面积变化很小,粘性阻力的变化并不明显,兴波的减小则使得总阻力得到了改善。     

纵倾优化下的船舶能效数值模型

通过Fluent数值计算和Simulink建模仿真的方法,建立船舶的CFD计算模型及能确定转速(n)-航速(V_s)-船舶能效营运指数(EEOI)间对应关系的船舶能效准稳态仿真模型,进而分析不同工况下纵倾变化对船舶营运能效的影响。以定转速航行模式的46000t油轮为目标船,经模型的计算和船模试验的验证,发现适当纵倾可提高目标船的营运能效。结合相关海事公约法规,计算目标船的最佳纵倾在艉倾2.61m处,可降低EEOI达0.8%。     

垂向可调尾板在尾流场中有限元分析

垂向可调尾板是设于某类型船舶尾封板水线以下，能实时调整该类型船舶航行姿态，使之在该航速下具有最佳阻力及运动性能的机构。对此尾板进行了有限元分析，采用ANSYS CFD模块对尾部流场进行了模拟，并对尾板结构强度进行校核，并将此结果与经验公式结果进行对比分析，提出了优化设计的途径。     

基于Fluent的船体界面阻力分析

基于 Fluent对船体界面阻力进行仿真分析,采用 VOF的方法模拟船体在空气和水两相中的运动情况,获得不同航速下船体摩擦阻力和压差阻力的关系。考虑方型系数对于船体阻力的影响,建立多个方型系数不同的模型来实现Fluent仿真模拟,获得一定傅汝德数下船体方形系数与船体阻力的关系,得到船舶阻力相对优化的船型。该方法通过更加精确的建模可为船体型线减阻提供更多的依据。