圓弧型風(fēng)帆的氣動(dòng)優(yōu)化及雙帆干擾研究.pdf

1、隨著全球能源危機(jī)和空氣污染的日益嚴(yán)重，利用風(fēng)帆輔助船舶航行的方法，以其可持續(xù)發(fā)展，綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)獲得了航運(yùn)界和船舶工業(yè)的廣泛關(guān)注。優(yōu)化風(fēng)帆的空氣動(dòng)力學(xué)特性，進(jìn)一步提高風(fēng)帆利用風(fēng)能的效益是風(fēng)帆研究的重點(diǎn)之一。本文對普通圓弧型風(fēng)帆進(jìn)行了結(jié)構(gòu)調(diào)整，使之成為雙圓弧型風(fēng)帆，通過計(jì)算流體力學(xué)(CFD)，采用控制變量法，分析了影響其空氣動(dòng)力學(xué)性能的相關(guān)參數(shù)，依據(jù)最大推力系數(shù)原則得到了優(yōu)化的最終模型，并對該模型進(jìn)行了雙帆干擾研究。
　　首先，通過

2、查閱風(fēng)帆應(yīng)用的相關(guān)資料，分析了不同種類風(fēng)帆的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選用傳統(tǒng)單圓弧型風(fēng)帆作為優(yōu)化對象，改變其結(jié)構(gòu)形式，定義其結(jié)構(gòu)參數(shù);并選用某散貨輪作為目標(biāo)船舶，對優(yōu)化對象進(jìn)行了主尺度的設(shè)計(jì)。
　　然后，對數(shù)值建模過程中的湍流模型、壁面處理、邊界條件、離散方式等影響計(jì)算結(jié)果的因數(shù)進(jìn)行了比較研究，得到了適合本文模型求解的參數(shù)設(shè)置。在CFD軟件中，采用控制變量法，分別對雙圓弧型風(fēng)帆的外拱和內(nèi)拱的拱度比進(jìn)行了研究，得到了它們對雙圓弧型風(fēng)帆氣動(dòng)特性的

3、影響規(guī)律?；谧畲笸屏ο禂?shù)原則，選擇最終的優(yōu)化模型為雙圓弧型風(fēng)帆0.5-0.35，其較普通單圓弧型風(fēng)帆-0.16的最大升力系數(shù)提高50％左右，最大推力系數(shù)最大提高約67％。對該風(fēng)帆實(shí)際工作中的迎風(fēng)偏差和船舶側(cè)傾造成的推力減額進(jìn)行了定量計(jì)算。
　　最后，對優(yōu)化后的模型，進(jìn)行了雙帆干擾研究，主要研究了影響雙帆干擾的來流方向和雙帆帆距的兩個(gè)因數(shù)。結(jié)果顯示雙帆的側(cè)向逆風(fēng)性能較好，側(cè)向順風(fēng)性能較差，完全順風(fēng)時(shí)性能最差;雙帆的帆距在大于3倍弦