本文關鍵詞：圓弧型風帆的氣動優(yōu)化及雙帆干擾研究

  更多相關文章： 風帆助航 圓弧型風帆 CFD 氣動優(yōu)化 雙帆干擾

【摘要】：隨著全球能源危機和空氣污染的日益嚴重,利用風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)點獲得了航運界和船舶工業(yè)的廣泛關注。優(yōu)化風帆的空氣動力學特性,進一步提高風帆利用風能的效益是風帆研究的重點之一本文對普通圓弧型風帆進行了結構調(diào)整,使之成為雙圓弧型風帆,通過計算流體力學(CFD),采用控制變量法,分析了影響其空氣動力學性能的相關參數(shù),依據(jù)最大推力系數(shù)原則得到了優(yōu)化的最終模型,并對該模型進行了雙帆干擾研究。首先,通過查閱風帆應用的相關資料,分析了不同種類風帆的優(yōu)缺點,最終選用傳統(tǒng)單圓弧型風帆作為優(yōu)化對象,改變其結構形式,定義其結構參數(shù)；并選用某散貨輪作為目標船舶,對優(yōu)化對象進行了主尺度的設計。然后,對數(shù)值建模過程中的湍流模型、壁面處理、邊界條件、離散方式等影響計算結果的因數(shù)進行了比較研究,得到了適合本文模型求解的參數(shù)設置。在CFD軟件中,采用控制變量法,分別對雙圓弧型風帆的外拱和內(nèi)拱的拱度比進行了研究,得到了它們對雙圓弧型風帆氣動特性的影響規(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帆0.5-0.35,其較普通單圓弧型風帆-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%。對該風帆實際工作中的迎風偏差和船舶側傾造成的推力減額進行了定量計算。最后,對優(yōu)化后的模型,進行了雙帆干擾研究,主要研究了影響雙帆干擾的來流方向和雙帆帆距的兩個因數(shù)。結果顯示雙帆的側向逆風性能較好,側向順風性能較差,完全順風時性能最差；雙帆的帆距在大于3倍弦長時,其相互干擾較弱,側向順風還可能出現(xiàn)有利干擾；數(shù)值計算得到了帆距為4倍時候的雙帆同步控制特性曲線,并針對其完全順風條件下(最不利干擾)的“Z字形航線優(yōu)化”進行了定量計算,結果顯示,小范圍的偏航角可以提高雙帆利用風能的效益。
【關鍵詞】：風帆助航 圓弧型風帆 CFD 氣動優(yōu)化 雙帆干擾
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U661;U664.31
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-20
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 論文研究目的及意義20-21
• 1.4 論文主要工作21-23
• 第2章 雙圓弧型帆的總體設計23-36
• 2.1 船用風帆的應用要求23
• 2.2 不同類型風帆的對比23-26
• 2.2.1 矩型翼帆23-24
• 2.2.2 轉(zhuǎn)筒帆24-25
• 2.2.3 抽氣式渦輪帆25
• 2.2.4 天帆25-26
• 2.3 單圓弧型帆的改進及收帆方式設計26-28
• 2.3.1 單、雙圓弧型帆外型參數(shù)的定義26-27
• 2.3.2 雙圓弧型帆收帆方式的設計27-28
• 2.4 風帆空氣動力學特性28-31
• 2.4.1 風帆空氣動力學原理28-29
• 2.4.2 風帆空氣動力學參數(shù)定義29-31
• 2.5 主尺度設計31-35
• 2.5.1 展弦比31-32
• 2.5.2 選取目標船32-35
• 2.6 本章小結35-36
• 第3章 雙圓弧型帆空氣動力學性能數(shù)值建模36-48
• 3.1 控制方程36-37
• 3.2 湍流模型37-42
• 3.2.1 湍流模型的近壁面處理38-40
• 3.2.2 湍流模型的選擇40-42
• 3.3 邊界條件42-43
• 3.4 數(shù)值離散43-46
• 3.4.1 控制方程的離散化44
• 3.4.2 計算區(qū)域的離散44-46
• 3.5 時間步長46
• 3.6 本章小結46-48
• 第4章 雙圓弧型帆的氣動力學及推力系數(shù)優(yōu)化48-65
• 4.1 雙圓弧型帆氣動力學優(yōu)化48-53
• 4.1.1 外拱拱度比的影響48-51
• 4.1.2 內(nèi)拱拱度比的影響51-53
• 4.2 推力系數(shù)優(yōu)化53-58
• 4.2.1 外拱拱度比的影響53-56
• 4.2.2 內(nèi)拱拱度比的影響56-58
• 4.3 優(yōu)化參數(shù)的選擇58-59
• 4.4 風洞試驗59-62
• 4.5 工作中迎風偏差及側傾影響62-63
• 4.5.1 迎風偏差對風帆的影響62-63
• 4.5.2 側傾對風帆的影響63
• 4.6 本章小結63-65
• 第5章 雙圓弧型帆的雙帆干擾研究65-74
• 5.1 相對風向?qū)﹄p帆干擾的影響65-68
• 5.2 帆距對雙帆干擾的影響68-69
• 5.3 確定帆距下的控制特性及航向優(yōu)化69-72
• 5.3.1 帆距L/C為4時的控制特性69-70
• 5.3.2 完全順風條件下的航線優(yōu)化70-72
• 5.4 本章小結72-74
• 第6章 結論與展望74-77
• 6.1 結論74-75
• 6.2 展望75-77
• 參考文獻77-81
• 攻讀學位期間公開發(fā)表論文81-82
• 致謝82-83
• 作者簡介83

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 廖銘聲;圓弧型風帆設計的流體動力計算[J];艦船科學技術;1997年03期

2 程建生;繆國平;王景全;尤云祥;;圓弧型貫底式防波堤防浪效果的解析研究[J];船舶力學;2008年01期

3 廖銘聲;圓弧型風帆的阻力研究與計算[J];船舶工程;1997年06期

4 ;[J];;年期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 林虹兆;圓弧型風帆的氣動優(yōu)化及雙帆干擾研究[D];大連海事大學;2016年

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本文編號：868795