风帆助航远洋船的翼帆性能及其机桨配合研究

发布时间：2017-06-09 16:02

  本文关键词：风帆助航远洋船的翼帆性能及其机桨配合研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：风力发电等的应用如火如荼，风能运用于小型船舶作为辅助动力装置的技术也较为成熟，但在大型远洋商业船舶上运用风帆助航技术则相对较少。而大型远洋船队是世界航运的一大组成部分，也贡献了主要的航运燃油消耗量，故非常有必要对风帆在大型远洋船舶上的利用进行研究。本文对现有风帆助航船舶和现有帆翼类型、空气动力特性的进行了系统研究，并运用CFD软件完成了设计翼帆的空气动力特性的数值计算，在此基础上选定目标船并对其机桨帆的匹配计算进行了研究。 首先，基于对现有翼型及大型运输船舶结构特点的系统调研，设计适用于大型远洋散货船舶的翼型，应用CFD软件对设计风帆的翼剖面空气动力特性计算，并以此为基础得到设计翼帆的推力及横向力计算结果，，为具体翼帆参数的选定提供参考； 其次，针对目标船的风帆助航设计方案，分析国内外常见的风帆船稳性校核规范，并相互对比，最终给出适用于大型远洋散货船加装风帆后的稳性校核要求和计算方法，该方法可以推广应用于大型风帆助航船舶的稳性校核计算； 再次，针对风帆助航船舶动力装置的运行特点，选取定航速航行模式、定距桨和直接传动方式，计算风帆船的帆-机-桨匹配得到柴油机工作图谱，该图谱对不同类别的机桨匹配的操作区间及具体方式给出了参考。本文还对风帆船航运中的动力装置的操控和管理给出建议； 最后对风帆助航船低速柴油机在部分负荷下的推进特性进行仿真计算，得到风帆助航船风帆装置承担不同推力份额情况下主机的油耗值，对风帆船的营运及油耗节省量提供参考。
【关键词】：风帆助航 翼帆气动力性能 风帆船稳性校核 船机桨匹配 柴油机部分负荷仿真
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U674.926
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 研究背景和意义12-14
• 1.2 国内外研究现状14-23
• 1.3 本文主要内容及研究方法23-24
• 1.4 本文创新性工作24-26
• 第二章 风帆辅助推进装置26-36
• 2.1 风帆主要类型的特性26-31
• 2.1.1 翼帆的特性27-28
• 2.1.2 天帆的特性28-29
• 2.1.3 转筒帆的特性29
• 2.1.4 抽气式涡轮帆的特性29-30
• 2.1.5 其他类型的风帆的特性30-31
• 2.2 风帆空气动力性能研究31-33
• 2.2.1 风帆空气动力特性对比31-32
• 2.2.2 风帆气动特性分析32-33
• 2.3 风帆助航装置设计方案33-35
• 2.3.1 目标船舶的选取33-34
• 2.3.2 风帆设计方案主体参数34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 翼帆空气动力性能数值计算36-64
• 3.1 翼型参数的选择36-38
• 3.2 翼型空气动力学影响因素38-44
• 3.2.1 风帆力学原理39-41
• 3.2.2 展弦比影响分析41
• 3.2.3 拱度比影响分析41-42
• 3.2.4 结构形式影响分析42
• 3.2.5 设计翼帆结构及参数42-44
• 3.3 翼型空气动力特性数值计算44-47
• 3.3.1 数值计算平台44
• 3.3.2 设计翼帆建模44-45
• 3.3.3 边界条件的设定45-46
• 3.3.4 计算过程和控制参数的设定46-47
• 3.4 基于 PROFILI 的翼型空气动力特性计算47-48
• 3.5 数值计算结果分析48-59
• 3.5.1 设计风帆的计算结果及分析48-56
• 3.5.2 计算结果与试验值对比56-59
• 3.6 风帆布置方案的数值计算59-62
• 3.6.1 风帆阵列建模59-60
• 3.6.2 风帆阵列推力数值计算结果分析60-62
• 3.7 本章小结62-64
• 第四章 风帆助航稳性校核方法的研究64-74
• 4.1 国内风帆助航稳性校核方法64-66
• 4.1.1 稳性校核规范64-65
• 4.1.2 横倾力矩65-66
• 4.1.3 最小倾覆力矩66
• 4.2 国外风帆助航稳性校核方法66-71
• 4.2.1 USCG 稳性规范66-69
• 4.2.2 Wolfson Unit 稳性规范69-70
• 4.2.3 GL 稳性规范70-71
• 4.2.4 Dr. Ing. Mario Alimento 稳性规范71
• 4.3 目标船风帆助航稳性校核方法71-72
• 4.4 本章小结72-74
• 第五章 风帆助航船机桨帆匹配研究74-90
• 5.1 机桨帆匹配计算原理74-77
• 5.1.1 船舶航行模式74-75
• 5.1.2 匹配计算方法75-77
• 5.2 目标船动力装置匹配计算77-81
• 5.2.1 主机油耗量计算77-79
• 5.2.2 风帆助航方案与柴油机转速的匹配79-81
• 5.3 目标船帆机桨匹配81-88
• 5.3.1 机桨帆匹配图谱81-87
• 5.3.2 目标散货船风帆助推装置的操纵建议87-88
• 5.4 本章小结88-90
• 第六章 风帆助航船舶动力装置 AMESIM 仿真90-100
• 6.1 AMESIM 仿真软件特性90-92
• 6.1.1 AMESim 元件库90-91
• 6.1.2 AMESim 仿真运行91-92
• 6.2 AMESIM 建模92-96
• 6.2.1 柴油机模型92-94
• 6.2.2 涡轮增压模型94-96
• 6.3 风帆承担部分负荷下柴油机运行计算结果96-98
• 6.4 本章小结98-100
• 第七章 结论与展望100-102
• 7.1 结论100-101
• 7.2 展望101-102
• 参考文献102-106
• 致谢106-107
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文107

【参考文献】

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本文编号：435917