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基于表面粗糙度和航行浮态的船体阻力及推进系统能效分析

发布时间:2025-04-15 02:54
  在航运业提倡节能减排的背景下,降低营运船舶的燃油支出、减少排放、优化能效成为航运企业关注的重点。为实现船舶能效的优化与提升,本文以航行阻力作为切入点分析多因素与阻力的关系,从而探索能效分析与优化的方法。以5000车位汽车滚装船为典型研究对象,基于计算流体力学的理论与方法,结合拖曳船模试验,采用数值模拟的方法分析不同航行状态与外界条件下的航行阻力、船舶推进效率和能效水平,并分析船舶运营环境中外界因素与阻力、能效的敏感度变化及映射关系。船体表面粗糙度及微沟槽形貌是影响船舶阻力的原因之一,仿真结果表明:在一定的粗糙度高度范围内,航行阻力随着粗糙度高度的增大而增大,一定范围内增加的阻力可采用经验推荐的摩擦阻力补贴系数处理,粗糙度常数作为粗糙度高度的修正系数,主要通过影响表面沙粒的均匀程度影响阻力。选取三种沟槽形貌分别应用于目标船上,得出在一定的沟槽尺寸范围内,矩形沟槽形貌相对三角形、圆弧形沟槽形貌的阻力更小,在矩形沟槽的来流侧和背流侧均有明显的涡流,涡流中心点的速度接近于0,航速越大时涡流趋势越显著。船舶的航行浮态也是影响阻力的重要因素,仿真结果表明:船舶发生横纵倾时其对应水线面形状、湿表面积均...

【文章页数】:87 页

【学位级别】:硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究的背景及意义
    1.2 国内外研究概况及进展
        1.2.1 船舶阻力研究及减阻技术应用
        1.2.2 CFD在船舶阻力研究方面的应用
        1.2.3 船舶航速优化方法
        1.2.4 船舶能效模型的仿真研究
        1.2.5 小结
    1.3 论文选题来源
    1.4 论文主要工作
第2章 5000车位汽车滚装船的阻力计算
    2.1 船舶阻力概述
    2.2 实船阻力换算
        2.2.1 目标船的基本参数
        2.2.2 船模阻力试验
    2.3 实船的基本阻力
    2.4 数值模拟
        2.4.1 仿真计算软件
        2.4.2 计算模型
        2.4.3 计算过程
        2.4.4 仿真与试验对比结果
    2.5 本章小结
第3章 船体表面粗糙度及沟槽形貌对船舶阻力的影响
    3.1 船体表面粗糙度对船体阻力的影响
        3.1.1 船体表面粗糙度
        3.1.2 粗糙表面的船体阻力估算方法
        3.1.3 摩擦阻力补偿系数
        3.1.4 粗糙度高度与粗糙度常数
    3.2 船体表面沟槽形貌对船体阻力的影响
        3.2.1 沟槽形状尺寸的确定
        3.2.2 疏水性微沟槽结构表面减阻理论
    3.3 船体表面粗糙度及船体表面沟槽形貌的数值模拟
        3.3.1 计算模型
        3.3.2 计算过程
        3.3.3 计算结果与分析
    3.4 仿真结果在目标船上的应用
    3.5 本章小结
第4章 船舶航行浮态对航行阻力的影响
    4.1 船舶纵倾与横倾
        4.1.1 船舶纵倾
        4.1.2 船舶横倾
    4.2 考虑船舶纵倾的阻力仿真
        4.2.1 计算模型及计算过程
        4.2.2 计算结果分析
    4.3 考虑船舶横倾的阻力仿真
        4.3.1 计算模型及计算过程
        4.3.2 计算结果分析
    4.4 本章小结
第5章 船舶主动力(推进系统)能效的仿真模拟
    5.1 船舶能效指数
    5.2 仿真系统的建立
        5.2.1 船舶主机模块
        5.2.2 螺旋桨及推进模块
        5.2.3 船舶阻力模块
        5.2.4 能效模块
    5.3 能效及推进效率仿真计算与分析
        5.3.1 仿真计算
        5.3.2 仿真结果分析
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文



本文编号:4039957

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