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渔船的现代风帆助航技术研究

苏朝君  
【摘要】:随着世界石油资源日益枯竭和国际油价飞涨,船舶的燃油费用在航运成本中所占比例越来越高。船舶一般使用的是重油,成分复杂,燃烧产生的有害物质多,航运产生的废气排放所造成的环境污染也已经到了不能忽视的地步。各国对船舶节能减排越来越重视,生产满足要求的“绿色”船舶,已经迫在眉睫。现代风帆助航船就是在这种背景下诞生的。风帆助航船作为一种依靠风能辅助推进的船舶,能够有效降低船舶燃油消耗和废气排放,成为研究新能源船舶的一个亮点。目前已有多个国家的研究成果证实风帆助航是一种行之有效的方法。 为了探索现代风帆助航技术在渔船上应用的可行性和经济效益,本文以某鱿鱼钓船作为研究对象船,研究在渔船上安装风帆的技术。现代助航风帆类别有很多种,根据鱿鱼钓船的特点,本文选择了NACA型和圆弧型两种风帆作为辅助帆型。在鱿鱼钓船上安装风帆,必须对鱿鱼钓船上的甲板机械进行重新布置,结合风帆助航船风帆布置的特殊要求,本文合理地将风帆布置到了鱿鱼钓船上。确定风帆位置后,计算风帆的空气动力特性,以研究船舶安装风帆后所能获得的助推效果。本文利用FLUENT软件,计算了多种不同横剖面形状和拱度比风帆的空气动力性能,从中选择了较适合的NACA0006风帆和拱度比为0.14的圆弧型风帆,将这两种风帆所能产生的推力进行分析,并对双帆间的互相干扰进行讨论。 鱿鱼钓船安装风帆后将对其各方面性能产生重大的影响。首先,风帆助航时,受风面积较大,风压中心较高,这时鱿鱼钓船受到风帆侧向力的作用,将产生偏航角和横倾角;其次,风帆助航船风倾力矩较大,这使船舶稳性变差,如果安装风帆太大,稳性将不能满足要求,太小则不能获得风帆助航的助推效益;再次,风帆将对船舶操纵性产生影响。本文通过对风帆助航鱿鱼钓船的分析,可知只要合理地选择风帆面积和操作风帆,船舶的稳性能满足要求,对船舶操纵性也是有利的。 确定风帆助航鱿鱼钓船能够满足稳性要求以后,本文计算了风帆助航鱿鱼钓船的经济效益。分析风帆助航时阻力增值的估算方法,比较了风帆助航船两种航行模式各自的特点,最终选择了定速航行模式。对定速航行模式下鱿鱼钓船风帆系统的经济性进行分析,估算了船舶主机可以减小功率的百分比和每年节油吨数。通过节约燃油的重量,计算风帆助航鱿鱼钓船每年可以减少的CO2排放量。渔船风帆助航时主机是降功率航行的,分析在低负荷工况下渔船螺旋桨和主机的工作性能。


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