基于CFD的海上风电双体运维船降阻优化及耐波性能研究

来源 :大连海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:quzg2008
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海上风电运维船的作业区域通常风浪较大,海况相对比较恶劣。运维船在执行风机维护任务时需要具备优良的快速性和耐波性。双体船具有左右两个船体,甲板面积更为宽阔,其水动力性能相比于单体船更好一些,目前双体船是海上风电运维船的主要船型之一。因此,对其快速性和耐波性的优化研究十分有意义。本文以国内某艘28m双体风电运维船为研究对象,以降低其航行阻力和减小其迎浪航行时的纵摇、升沉运动为目标,采取在双体船尾部加装压浪板的方式,提升双体风电运维船的快速性和耐波性能。利用CFD数值仿真软件FINE/Marine对双体船的阻力性能进行数值模拟,通过对其数值模拟结果和总阻力成分占比进行分析,可以看出双体船在中高速航行时所受的兴波阻力要远大于粘性阻力,采用加装压浪板这种方式可以对双体运维船的降阻优化起到较好的效果。对加装5种下压角度压浪板的双体船进行数值仿真模拟,通过对裸船体模型和各优化船体模型的计算结果对比分析,发现5种下压角的压浪板均可以使双体船的航行阻力有较大幅度的降低,其中10°下压角的压浪板降阻效果相对最佳。在最佳降阻下压角度压浪板的基础上,通过单因素试验在一定范围内进一步研究压浪板长度和垂向安装位置两个因素分别对船体航行阻力的影响。通过计算可得出,压浪板的长度在一定范围内越大降阻效果越好,当超过一定长度后则会由于压浪板面积的增加而使摩擦阻力有所增加,从而降低降阻效果。当压浪板长度不变,逐渐向下加深垂向安装位置时,随着压浪板的垂向安装位置相距设计水线越远,对船体的降阻效果也相对越不明显。最后,使用CFD方法分别对双体风电运维船裸船体和阻力性能相对较优的加装10°下压角度压浪板的双体船模型,在三种航速以及10种不同λ/L(波长与船长比)的工况条件下迎浪航行时的纵摇运动响应和升沉运动响应进行了计算。通过对计算结果进行对比分析,发现加装压浪板在有效降低双体船航行阻力的同时,也可以改善船体的纵摇和升沉运动,对耐波性能有一定的优化效果。本文的研究结果与结论可为海上风电双体运维船快速性和耐波性的优化设计提供经验与参考。
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