基于纵倾优化的船舶能效研究

发布时间：2017-09-20 14:12

  本文关键词：基于纵倾优化的船舶能效研究

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【摘要】：在环境污染日益加剧、营运成本不断高涨的背景下,节能减排已成为航运业首要的战略措施。为此,IMO提出以EEOI作为客观衡量营运船舶能效水平的新标准。本文选取一艘定转速航行模式的灵便型油轮为目标船,采用Fluent数值计算和Simulink建模仿真的方法,分析主机转速、船舶吃水及纵倾的变化对目标船营运能效的影响,并计算提高目标船营运能效水平的最佳纵倾,为营运船舶的节能减排探寻一种有效的新方法。首先,建立目标船船模的数值拖曳水池,利用Fluent对RNG k-ε湍流模型、雷诺时均方程RANS及基于VOF多相流的Open Channel模型进行迭代计算,并通过三因次法的实船阻力换算,获得目标船在不同浮态下满足工程精度要求的静水航行阻力。其次,通过船体运动模块、阻力模块、推进系统模块及EEOI模块,建立能确定目标船主机转速n-船舶航速Vs-EEOI间对应关系的Simulink准稳态仿真模型。最后,利用目标船的实船数据对模型准确性进行验证,并对目标船营运能效做定量的优化分析。计算结果证明：在航期允许范围内,减速和满载航行是降低EEOI的重要措施；在目标船主机额定转速的86%-90%之间,存在转速n-EEOI的相对不敏感区；在船舶装载量较少情况下,降转速航行的节能效果更突显；在艉倾0-4.5m范围内航行均有助于降低目标船EEOI,而IMO相关公约规定其安全艉倾操纵范围为0-2.61m,经计算其最佳纵倾为艉倾2.61m；目标船以最佳纵倾航行,静水阻力可减少1.9%左右,EEOI值可降低0.8%。本文对目标船营运能效的优化方法适应于在建和在航的大部分船舶,且相对快速、便捷。论文中提出的提高营运能效具体方法,操作性强,对节能减排有重要参考价值。
【关键词】：船舶能效 船舶能效营运指数 纵倾优化
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U676.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 本文主要内容12-14
• 第2章 纵倾航行的数值计算理论14-28
• 2.1 纵倾对船舶能效的影响14-18
• 2.1.1 船舶阻力分析14-15
• 2.1.2 船舶吃水差15-16
• 2.1.3 船舶最佳纵倾16-18
• 2.2 目标船数值计算与误差分析18-19
• 2.3 数学模型19-26
• 2.3.1 流体力学基本控制方法19-20
• 2.3.2 湍流的基本方程20-22
• 2.3.3 RNG~(k-ε)模型22-24
• 2.3.4 多相流模型24
• 2.3.5 湍流模型的近壁面处理24-26
• 2.4 数值模拟方法26-27
• 2.4.1 离散方法26
• 2.4.2 求解方法26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 目标船能效仿真研究28-52
• 3.1 船舶能效营运指数分析28-29
• 3.2 目标船基本参数29-31
• 3.3 目标船的船机桨关系分析31-44
• 3.3.1 船身效率31-34
• 3.3.2 柴油机数学模型34-36
• 3.3.3 螺旋桨特性分析36-41
• 3.3.4 传动设备和轴系41-42
• 3.3.5 船机桨配合关系42-44
• 3.4 船舶能效仿真模块44-48
• 3.4.1 推进系统模块44-46
• 3.4.2 目标船阻力模块46-47
• 3.4.3 船舶运动模块47-48
• 3.4.4 EEOI计算模块48
• 3.5 船舶能效仿真系统验证48-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第4章 基于CFD和三因次法的纵倾航行预报52-68
• 4.1 目标船安全纵倾的量化分析52-54
• 4.2 船模水池拖曳试验54-55
• 4.3 数值试验的影响因素分析55-57
• 4.3.1 尺度效应在试验中的影响55-56
• 4.3.2 船体表面粗糙度在试验中的影响56-57
• 4.4 目标船数值水池拖曳试验57-64
• 4.4.1 数值水池试验模型57-59
• 4.4.2 网格划分59-60
• 4.4.3 船模数值水池的计算及验证60-64
• 4.5 三因次法在实船阻力计算中的应用64-67
• 4.5.1 三因次阻力换算法64-65
• 4.5.2 目标船总阻力的计算与验证65-67
• 4.6 本章小结67-68
• 第5章 船舶纵倾对其能效的影响分析68-77
• 5.1 船舶转速变化对EEOI的影响68-69
• 5.2 船舶吃水变化对EEOI的影响69-71
• 5.3 船舶纵倾变化对EEOI的影响71-77
• 第6章 结论与展望77-79
• 6.1 结论77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 攻读学位期间公开发表的论文83-84
• 致谢84-85
• 作者简介85

【参考文献】

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本文编号：888529