辅助船舶航行的圆弧型风帆流体动力性能分析

以风能作为动力辅助船舶航行的风帆助航,是新能源应用于船舶航运中的重要途径。采用k-ε紊流模型方程描述圆弧型风帆流体动力学特性,并利用计算流体动力软件fluent,对圆弧型风帆迎风面上的压力分布、风帆产生的升力和阻力、拱度比等圆弧型风帆流体动力特性,以及并排组合风帆的动力特性进行了数值分析。圆筒风帆迎风面上的压力沿着圆筒面,顺风力方向逐渐减小。适当提高圆筒型风帆拱度,有利于风帆驱动船舶迎风航行。应调整风帆受的风力攻角,使风帆产生较大的船舶驱动力。并排风帆组合的各帆之间存在相互影响。针对圆筒型风帆流体动力特性的数值分析和风洞试验的结果一致。分析所得出的结果,可为开发商用风帆助航节能船舶提供一定的指导。

高级曲面风帆助航系统与结构设计

随着自动化技术的发展,风帆助航系统在以下方向发展成为可能:①利用计算机实现对风帆的自适应操纵;②风帆与主动力装置的优化配合,以经济航速航行;③复杂型线风帆的操纵、应用和推广成为可能。风帆的型线设计在近代有着较大的改进,机翼形、组合翼型、圆弧形、圆筒型、百叶窗型、多翼面高升力型等。我校在前期针对圆弧型风帆的设计,通过对其流体动力特性的数值分析和风洞试验结果,在型线方面进行改进,分析了贝壳式迎风面中部卸载,并在卸载区域假设风轮机增加风帆在特殊风向攻角下的综合性能。采用Pro\E进行风帆的三维曲面设计,并利用有限元分析软件Ansys对贝壳式风帆迎风面上的压力分布、风帆产生的升力和阻力等流体动力特性进行了数值分析。贝壳式风帆中部的风轮机在风向大攻角下,类似圆筒风帆起到辅推作用。该款复合型线设计风帆的分析结果,可为开发商用风帆助航节能船舶提供一定的指导。

基于风洞试验的圆弧形硬帆最佳攻角

由于风帆在什么攻角下对船舶产生的推力最大,且对船舶稳性的影响最小是衡量风帆性能的重要因素,因此对最佳风帆攻角进行研究,使控制系统准确地控制风帆,从而使风帆实现最佳的节能减排效果。通过对5种具有优良空气动力性能的圆弧形薄翼硬帆模型进行风洞试验,得到一系列的帆性能参数。通过对这些参数进行分析,得到圆弧形薄翼风帆最佳攻角的规律及风帆最佳操纵曲线,可为风帆的控制提供参考。

“育明”轮风帆助航经济性分析

为"育明轮"拟安装四个圆弧型风帆,并借助流体动力软件Fluent,建立圆弧型风帆模型,并分析其空气动力特性,得出风帆的升力/阻力系数以及最优操帆曲线。另外,采用初步估算方法,分析"育明轮"加装风帆对主机耗油和CO2排放方面的影响,结果表明"育明轮"采用风帆助航技术,具有很好的环保与经济效益。