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船舶节能装置水动力性能数值仿真分析

作者2019-03-27 10:01未知
随着燃油价格上涨、船舶能效设计指数(EEDI)、船舶能效营运指数(EEOI)执行时间表的出台,对船舶节能技术研究迫在眉睫。水动力节能装置因低成本、高收益、易安装等优势多被研究者用于新旧船改造,且取得一定的成效。为提高附加水动力装置的节能效果,通常将节能装置组合使用,不断优化影响组合系统节能效率的参数,以达到减少船舶运行阻力的最优目标。计算机技术的发展与普及,使得计算流体力学(CFD)技术得到迅猛发展,CFD软件对于解决流体流动、传热问题等起到重要的作用。本文以提高MPV22000多用途散货船的运行效率、减小船舶阻力、减少能源损耗为目标,对节能装置舵、舵球鳍进行研究。首先,运用CFD软件对螺旋桨的敞水性能进行计算,并将计算结果与HSVA水池试验值进行对比分析,结果显示两者的吻合度较高,验证了数值计算的准确性;另外,根据实际情况,螺旋桨和舵通常配合使用,分析发现舵有利于减小因螺旋桨旋转而造成的能量损失,提高桨的助推力,但由于舵的存在扰乱了桨后流场,从而导致桨-舵系统的节能效果不佳。其次,为了改善桨-舵系统节能效率,考虑在舵上安装舵球和舵球式推力鳍装置,研究舵球直径、舵球形状、鳍安装角度等设计参数对桨-舵-舵球系统和桨-舵-舵球鳍系统水动力性能的影响。计算出能使组合装置节能效果最优的舵球直径和鳍安装角度。最后,将优化后的桨-舵-舵球鳍装置和船体组合进行计算,分析舵球鳍的节能效率。先将计算所得的裸船体和船-桨-舵的船舶阻力、螺旋桨推力以及扭矩值分别与水池试验值相比较,结果发现数值模拟的结果与水池试验值存在一定误差,但在工程允许范围内,计算精度较高。计算安装舵球鳍装置后的船-桨-舵球鳍组合系统的水动力性能,讨论船、桨、附加节能装置三者之间的干扰,分析节能装置的减阻机理。

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