集装箱船实海域能效设计指数及耐波性多目标优化

摘要

近年来，海上环境委员会（MEPC59）已陆续通过“新船能效设计指数（EEDI）计算方法临时导则”以及“能效运营指标（EEOI）自愿应用导则”。船舶节能减排和高新船舶智能设计也逐渐成为行业内的研究热点与诉求。本文采用数值计算方法综合评估了集装箱船在实海域航行下的阻力性能与耐波性能。研究以3100TEU集装箱船为计算对象，运用k-epsilon湍流模式下的雷诺时均N-S方程、势流理论Rankine源法与边界层动量积分求得船体摩擦阻力、兴波阻力及粘压阻力各成分。此外，通过三维面元法和长期预报理论可以得到实海域船舶运动响应、耐波性指数。为计及实海域风浪增阻，采用有限体积法和成分分离模型计算船舶风阻系数，并通过敞开式风阻实验进行了交叉验证。而波浪增阻则基于面元法结果，采用直接压力积分获得二阶波浪漂移力。最终获得实海域中船舶总阻力以及失速系数等结果。
　　在此基础上，以工程辅助软件 Isight为优化平台，考虑实际航区风浪增阻，建立了以船舶能效设计指数EEDI、船体运动响应以及耐波性参数为优化目标的多目标水动力优化系统。平台采用径向基函数实现参数建模与型线变换，以NSGA-II非支配排序的多目标优化算法对船体型线以及集装箱上层布置进行设计优化。该系统考虑集装箱船实际航行线路及船机桨特性，更为全面地评估并优化了船舶实海域下的阻力性能和耐波性能。研究结果表明，通过型线变换得到的新船型及优化后的集装箱布置方案可以使原集装箱船水动力性能得到一定的优化。该方法可为集装箱船设计及水动力优化提供一定的参考借鉴。

目录

声明

答辩决议书

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3本研究主要工作

第二章 船舶实海域总阻及耐波性计算理论

2.1船舶静水阻力计算理论

2.2船舶耐波性计算理论

2.3实海域增阻及失速系数计算理论

2.4本章小结

第三章 船舶水动力性能计算

3.1船舶静水阻力

3.2船舶耐波性

3.3船舶实海域增阻

3.4失速系数及设计能耗计算

3.5本章小结

第四章 船舶风阻模型试验

4.1模型试验概述

4.2试验模型

4.3试验方法

4.4敞开式风场试验

4.5试验结果分析

4.6本章小结

第五章 船舶水动力性能多目标优化

5.1多目标优化

5.2基于径向基函数的船体建模

5.3集装箱船水动力性能多目标优化

5.4本章小结

第六章 总结和展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文