基于AHP法的减阻涂层模糊综合评价分析

为满足国际海事组织(IMO)日益严格的排放要求,亟需深入研究涂层减阻技术的节能减排效果。将层次分析法和模糊综合评价法引入到涂层减阻技术的节能减排效果评价工作中:首先,制定合理的技术能效评估指标体系;其次,利用层次分析法和模糊综合评价法对涂层减阻技术的节能减排效果进行综合评估,其中能效指标相关评价通过船模拖曳试验实现;最后,以20 000 DWT江海直达散货船为例验证该方法的合理性和可行性。结果表明,涂层减阻技术能够有效降低船舶运行阻力和燃油消耗,进而减少CO_(2)及污染气体排放,具有显著的经济效益和环境价值,在船舶节能减排方面具有明显优势。该研究为进一步优化和改进涂层减阻技术提供了重要依据,同时也为其他节能减排技术的评估提供了新思路和新方法,为实现全球节能减排和可持续性发展的目标贡献力量。

低速船舶微气泡减阻数值研究

为了研究船舶微气泡减阻规律,本文基于OpenFOAM中两相欧拉数值模型,对低速散货船进行微气泡减阻数值研究。对气液两相分别建立控制方程,考虑五种相间作用力及气泡聚合和破碎,采用考虑气泡影响的改进k-ε湍流模型,忽略自由面影响,采用叠模模型研究喷气量、气泡直径、航速及吃水等因素对船舶微气泡减阻的影响,分析气体体积分数、湍流粘度和气泡直径分布等。结果表明:微气泡可以同时减少船舶摩擦阻力、粘压阻力和总阻力;喷气量直接影响减阻率,喷气量越大,减阻率越高;较小气泡的平均气体体积分数较大且气体分布更均匀,同时湍流运动粘度较小,可以更有效减阻;气泡沿着流向会聚并,气泡越小聚并越剧烈;较高航速和小吃水更有利于减阻。

基于统计学习的船舶泵喷推进系统实船快速性预报新方法

[目的]针对“适配于螺旋桨的船尾线型+泵喷推进器”构成的船舶泵喷推进系统,提出一种基于统计学习的实船快速性预报新方法。[方法]以某大型水面船舶泵喷推进系统为对象,通过神经网络学习典型推进泵的推力系数图谱曲线,综合运用船-桨配合时的K_(T)-J曲线和船体-喷泵配合时的推力特性曲线,建立“仅需船舶阻力曲线就能实现船舶泵喷推进系统实船快速性预报”的新方法,并基于船模阻力试验、泵喷模型敞水试验及船体-泵喷自航试验的测量换算结果对实船推进性能的预报结果开展精度校验。[结果]校验结果表明:在航速18~30 kn范围内,船舶泵喷推进系统的自航转速、推力和功率的预报误差可控制在5.4%以内,其中设计航速附近的误差甚至小于2%;船体-泵喷的相互作用程度介于船-桨与船体-喷泵之间且幅值相对较小,推力减额系数为趋向于0的极小值,故船舶泵喷推进系统是介于桨轴推进系统和喷水推进系统之间的产物。[结论]该预报方法有利于提升船舶泵喷推进系统实船快速性预报的能力,可为新型舰艇泵类推进系统总体设计/研究提供参考。

规则波下船体阻力特性计算

采用计算流体力学方法,基于VOF多相流模型,对绕S60船型的自由液面流动进行模拟。考虑S60船型以不同的速度在静水面中的运动阻力特性,计算得到的阻力系数与试验值相比,误差小于1%,验证了计算方法的准确性和可靠性。计算S60船型在不同参数的规则波浪中的运动阻力,得到了9个工况下的阻力系数均大于静水面中运动的阻力系数。在波高为0.05 m和0.15 m时,S60船型在3个不同波长的规则波浪中运动时的波高大于静水中运动时的船体波高,且S60船型在规则波浪中运动的船体波高曲线图均呈现出两边高、中间低的规律。当波高H=0.25m时,3个波长下船体表面的波高在船首位置均明显高于静水面工况,而船尾的差异则不明显。

人工气泡船水动力性能试验研究

文章通过试验途径研究了人工大气泡船的水动力性能,试验包括气泡船流量测试试验、气泡船通气对比试验、气泡船与其原型船静水及波浪中对比试验。结果表明,气泡船充气后阻力能大大下降;对于气泡船有一最经济的充气流量;气泡船在静水及波浪中的综合性能均优于常规船型,特别是阻力下降很多。根据试验结果还分析了气泡降阻的原理:具有一定压力的气泡腔,除了减小船底的摩擦阻力之外,还支撑了艇的一部分重量,减小了艇体的吃水,从而阻力也相应地减少。

三维变速拖曳数学模型

分析了水下拖曳系统中拖船机动转弯、变速直航时 ,水下拖索的受力和运动情况以及水下拖索与拖曳器的相互影响关系 ,并建立了变速拖曳时 ,水下拖索的三维数学模型。

基于多相流的船式拖拉机减阻性能分析

船式拖拉机是深泥脚水田耕整作业的新型拖拉机,其船壳阻力是影响性能的重要因素。为此,通过测量水田土壤流变特性、简化实际的船体结构,考虑空气、水、泥浆3种介质,构建船式拖拉机船体多相流数值仿真模型,研究了工况速度与船体粘性阻力、兴波性能之间的关系及水层的减阻性能,并开展船模实验。结果表明:船底不完全满足动压润滑条件,导致水层减阻效果不明显,在船体底部安装侧挡板的方法可以提高动压润滑的能力,降低船体行驶阻力。

船舶气层减阻和空腔减阻技术的研究进展

对国内外空气润滑减阻技术的研究进展情况进行分析,包括气层和空腔减阻的试验研究、数值计算、实船项目和节能效果分析等;对空气润滑减阻的分类、不同通气方式的比较、影响气层和空腔减阻效果的因素和相应物理现象产生的原因等进行阐述,同时,对国内外实船项目和研究成果以及平板试验和船模试验研究进行介绍。针对我国气层和空腔减阻技术的研究现状,提出相应的前景展望。

基于数值模拟的超疏水材料减阻性能研究

目的为了研究超疏水材料的减阻性能,提出一种准确可靠的数值模拟研究方法。方法建立超疏水船舶的三维模型,对考虑自由液面时船舶的黏性绕流进行数值模拟。由于表面接触角是评定材料疏水性的一个重要参数,通过改变表面接触角研究相应阻力值的变化,并采用理论计算、数值模拟以及实验研究三者相结合的方法,验证该模型及方法在超疏水材料减阻性能研究方面的准确性。结果随着表面接触角的增大船舶行驶时所受的阻力减小。船体采用超疏水材料的阻力比采用亲水性材料的阻力减少了41%,比采用一般疏水性材料的阻力减少了24%。模拟中得出的船舶模型阻力大小与理论计算以及实验结果基本吻合,误差分别在4.6%和8%以内。结论通过船舶模型研究超疏水材料的减阻性能,提出了一种基于数值模拟的有效研究方法,为超疏水材料其他方面的性能研究提供了一定指导。

多孔透气材料应用于船模微气泡减阻性能实验分析

分别将挠性氧化铝多孔透气材料安装在船模底部、侧面、球鼻艏附近进行微气泡减阻性能试验,分析应用于船模上的减阻效果。结果表明:船底喷气时,最高达11.6%的减阻效果;喷气位置位于球鼻艏附近时的减阻效果较差,只有当喷气流量为10 L/min时,船模阻力在部分试验点小于未喷气时的阻力;喷气位置位于船侧时,由于流场边界层密度改变较大,因此,减阻效果随着船模速度与喷气流量变化波动较大。当船模速度为1.80 m/s,且船底和船侧空气流量为20 L/min、球鼻艏空气流量为10 L/min时,采用多孔透气材料船底+船侧+球鼻艏组合式喷气方式的微气泡减阻效果可达13.9%,减阻效果明显,验证了多孔透气材料应用于船模微气泡减阻的优良性。

绘制船舶碰撞运动轨迹的数学模型探讨

根据船舶碰撞事故调查及事故报告中可获得的环境资料和船舶运动过程资料，对建立适用于绘制船舶碰撞发生前运动轨迹的数学模型作了初步探讨。

基于AASHTO模型的锚泊船舶走锚撞桥概率模型

为预测河道中锚泊船舶因风、流等环境因素影响发生走锚后撞击上下游桥梁的风险,基于AASHTO船桥碰撞模型,提出一种锚泊船舶走锚撞桥概率计算模型。该模型相比AASHTO模型,添加走锚概率、停船概率的概念,重新定义几何概率。根据桥梁安全风险事件发生概率的等级判断标准,设计走锚船舶撞桥概率计算与风险等级判断方法,利用该模型对某桥梁附近锚地船舶的走锚撞桥概率进行估算与等级判断。结果表明:该模型可用于预估实际工程中锚泊船舶走锚撞桥事件发生的概率,为工程决策提供参考。基于该模型提出可降低锚泊船舶走锚事件发生概率的相应措施,以保障船舶的安全。

基于百吨级自航模的试验平台建设及应用

随着船舶行业的不断发展,新型技术不断涌现,新的要求不断提出,研究中遇到的各种问题运用传统的理论和方法并不能给出理想的解决方案,迫切需要船舶试验研究提出新的试验平台和技术,为这些新型技术及新要求的研究提供有效研究手段。中国船舶科学研究中心通过综合论证,以90 000吨级散货船为母型,采用1:10的缩尺比,自主设计、建造了百吨级自航模试验平台,该试验平台预设开放式接口,可嵌入不同的软硬件测试模块,完成不同功能的试验研究。通过该试验平台,进行了一系列不同功能的大尺度模型湖泊试验研究,为解决新技术及新要求的尺度效应、在船模拟等问题提供了有效的试验数据及手段,验证了该试验平台建设的合理性及必要性。

Hull form optimization of a cargo ship for reduced drag

Hydrodynamic optimization of the hull forms can be realized through the implementation and integration of computational tools that consist of a hydrodynamic module, a hull surface representation and modification module, and an optimization module. In the present paper, a new bulbous bow generation and modification technique has been developed and integrated into the hull surface representation and modification module. A radial basis function based surrogate model is developed to approximate the objective functions and reduce the computing cost. A multi-objective artificial bee colony optimization algorithm is implemented and integra- ted into the optimization module. To illustrate the integrated hydrodynamic optimization tools, a cargo ship is optimized for reduced drag. The optimal hull forms obtained are then validated computationally and experimentally. Validation results show that the prese- nt tools can be used efficiently and effectively in the simulation based design of the hull forms for reduced drag.