9200TEU集裝箱船球首設(shè)計(jì)優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，由于燃油價(jià)格的不斷上漲，給班輪公司帶來了巨大的成本壓力。眾所周知，少量降低航速將會(huì)使主機(jī)油耗大幅降低，對(duì)于高航速的集裝箱船來說更是如此。因此，為了降低燃油消耗，進(jìn)而節(jié)約營(yíng)運(yùn)成本，很多集裝箱班輪公司都采取了降速航行的措施。但集裝箱船的運(yùn)營(yíng)航速降低后，原來為高航速運(yùn)營(yíng)設(shè)計(jì)的球首不再適應(yīng)當(dāng)前低速航行的趨勢(shì)，導(dǎo)致船舶在低速航行時(shí)阻力反而變大，因此，必須重新針對(duì)低航速修改球首設(shè)計(jì)，降低船舶在低速航行時(shí)的阻力，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約油耗、降低運(yùn)營(yíng)成本

2、的目的。在船舶工程領(lǐng)域，船舶阻力性能預(yù)報(bào)一直都是重點(diǎn)研究的課題。其研究方法主要有模型試驗(yàn)、理論計(jì)算以及CFD數(shù)值計(jì)算等。隨著CFD數(shù)值計(jì)算方法的不斷完善，加上計(jì)算機(jī)軟硬件的不斷發(fā)展，CFD技術(shù)在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。目前，CFD已成為船舶阻力性能研究最便利、快捷的工具。
　　本文以9200TEU集裝箱船為研究對(duì)象，首先選取一帶有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的原型進(jìn)行驗(yàn)證分析。應(yīng)用商用 CFD軟件 SHIPFLOW對(duì)船舶粘性繞流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，

3、求解雷諾時(shí)均Navier-Stokes方程計(jì)算船舶阻力各分量，將CFD數(shù)值計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，分析結(jié)果表明：CFD數(shù)值計(jì)算的結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果的誤差僅為5.3％左右，驗(yàn)證了SHIPFLOW軟件求解船舶阻力的可靠性。然后根據(jù)球首設(shè)計(jì)的基本原則，結(jié)合船東的具體需求，針對(duì)9200TEU集裝箱船，以球首幾何參數(shù)為變量設(shè)計(jì)研發(fā)了5個(gè)不同球首模型。并利用 SHIPFLOW軟件分別對(duì)5型方案進(jìn)行了興波阻力、粘性阻力計(jì)算及預(yù)報(bào)。同時(shí)以

4、船舶常用航速區(qū)域的阻力最小為優(yōu)化目標(biāo)，經(jīng)過對(duì)比分析，確定最優(yōu)的球首模型。最后，以最終確定的9200TEU集裝箱船球首模型為基礎(chǔ)制作船模，并進(jìn)行了模型試驗(yàn)。通過模型試驗(yàn)的結(jié)果與SHIPFLOW的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，CFD阻力預(yù)報(bào)結(jié)果與船模試驗(yàn)的結(jié)果趨勢(shì)完全一致，在絕對(duì)數(shù)值上也僅有5%左右的誤差，驗(yàn)證了采用CFD軟件進(jìn)行阻力預(yù)報(bào)，進(jìn)而完成球首改型設(shè)計(jì)優(yōu)化的可行性。根據(jù) CFD計(jì)算結(jié)果，對(duì)總阻力與球首的幾何參數(shù)進(jìn)行比較分析，得到了不同航