船艏减风阻装置设计及优化

发布时间：2020-04-22 10:28

【摘要】：随着地球上的能源问题越来越突出,节能减排越来越受到各领域的重视,国际海事组织也正在积极地推动EEDI地实施。长久以来,在船舶领域关于减阻节能的研究主要集中在减少船舶水阻力上,近年来,学者们开始关注更多船舶减阻节能的细节,船舶风载荷越来越受到重视。尤其是对水线以上部分体积较大的船舶来说,减少船舶风阻的研究就显得更加重要。同时,比起风洞试验,CFD软件能更清晰的展示流场的情况,便于分析。针对目前船舶减风阻的研究主要集中在型线优化方面而非附加装置的情况,本文利用数值模拟的方法,对船艏附加导流减阻装置进行方案设计和优化。首先对某3100TEU集装箱船进行了水线以上部分建模,并简化了对风阻影响较小的部分。将模型导入STAR-CCM+中进行确定计算域、划分网格以及确定边界条件的前处理工作,采用Realizablek-ε湍流模型进行风阻力数值计算并与范·伯利柯姆(Van Berlekom)法进行比较,验证了可靠性。然后,设计了8种附加在船艏的减阻装置,用与裸船相同的数值模拟方法进行计算并对比结果,确定了初步设计方案。接下来,利用控制变量和正交试验相结合的方法,对五个影响船艏导流减阻装置减阻效果的参数进行了优化,通过数值模拟分析,确定了减风阻效果高达32.47%的方案为最优减阻方案,并阐述其减阻机理。研究表明,该装置减少了船艏迎风面压强,同时显著消除了气流回流现象产生的漩涡区,从而使流场内气流的流动更加平稳。最后简单分析了加装该装置可能对裸船产生的影响,对比了不同相对风速下减阻装置的减阻效果,在Workbench中对其进行了强度检验,利用Maxsurf计算了在船艏加装导流减阻装置后的船舶稳性,从而验证了本文所设计装置的可行性和可靠性,为今后船舶附加装置减风阻的相关研究提供参考。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664

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本文编号：2636423