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大型集装箱船风载荷理论分析及计算

张金鹏  
【摘要】:近年来,国际油价的不稳定,加之不断增强的环保意识,驱动了在实际海况中,对于船舶燃油高效性,经济性的绿色船舶更长远的需求。因此,为了提高经济效率,减少船舶的营运成本和社会效益,船舶节能减排是一个不容忽视的问题。 近年来,船舶大型化日益显著,船舶水面以上体积越来越庞大,受风面积增大,风载荷对其影响也越来越大。因此,对于上层建筑体积庞大的船舶,进行风载荷的评估是很有必要的。尤其是大型化比较显著的集装箱船,其与油船,散货船等其它排水型船不同,集装箱船由于堆放集装箱,水面以上的体积比水面以下要大得多,因此受到风载荷的影响势必也会更大,因此对集装箱船的燃油消耗,安全航行以及航行轨迹存在很大影响。 因此本文研究国内外船舶风载荷进展,风载荷在其它领域的应用,比较分析了现有的计算船舶风载荷方法,例如Isherwood风载荷计算方法,藤原敏文成分分离型风载荷推导法,日本船级社及海事协会提出的风载荷计算方法,这些方法都是基于风洞试验模型计算结果,并且分析大量的实船数据或是在实际海况下测量并总结得到的方法,是目前计算船舶风载荷较为可靠的方法。 计算不同集装箱堆放状态,而进行风洞试验,不但需要大量人力物力,而且耗时较长。本文运用Fortran语言,编写计算程序与实验值进行对比分析,讨论风载荷对船舶外流场及载荷的影响。运用CFD软件数值模拟风洞,考虑非满载状态下集装箱堆放形式不同,通过建立计算集装箱船风载荷模型,不同风向角时,讨论分析风载荷对船舶外流场及载荷的影响,数值模拟结果与实验值进行比较分析。讨论CFD对于计算集装箱船风载荷的影响因素,讨论了网格划分,离散格式和湍流模式等因素的选择不同,对计算集装箱船风载荷过程以及计算结果精度的影响。


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