风帆翼型设计及载荷特性分析
随着寰球燃油储量大量消耗,船用燃油价格剧烈上涨而人类环境保护意识一天比一天强,这就要求我们的船舶行业要更加努力在这一方面做出更好的成绩来满足这一现状。几乎全球所有的航运公司企业都在寻求一种能够降低燃料消耗量进而控制运输成本的方法。因此，加大对可再生的清洁新能源，比如说风能太阳能等的研究以及在船舶上的有效应用成为一种全球性的趋势。大家争先恐后，想要走在这一技术的前沿。帆本是人类最早用来借用风能来给船舶提供动力的装置，而蒸汽机的出现使得帆这一古老的技术淡出人们的视线。然而随着人们不断的对风能这一清洁新能源的研究，再次引起对风帆助航技术的广泛关注。这也是因为风能与其他的清洁能源相比拥有分布广，可再生的特点。而且，人们对于将风能应用在小型船舶的推进动力下有着悠久的历史，技术相对来说比较成熟。但是如何设置船舶上帆体的尺寸能达到对风能的最优化利用，降低船舶航行时的阻力，这也成了我们现在研究的重点之一。本篇论文主要由以下几个研究内容组成:第一, 调研搜集分析有关资料，了解风帆助推船有关的研究近况。分析现有各种帆型合理结构、空气动力性能、几个方面来进行综合比较选取最优的帆型。其次,运用翼型理论,依据已有资料，采用母型改造法进行风帆设计，选取圆弧形、NACA型以及改进翼型三种翼型计算得到匹配的风帆尺寸；进一步分析翼型帆在船上的工作原理,并通过fluent软件对帆翼的空气动力性能进行模拟分析, 之后对圆弧形、NACA型以改进翼型三种翼型，利用fluent软件建立网格模型；并用fluent软件计算圆弧形、NACA型以及改进翼型三种翼型在不同攻角情况下的升阻力，并分析模拟结果。关键词:风帆助航技术,空气动力性能，fluent目录
第一章 绪论 1
1.1本文的研究背景 1
1.2本文的研究意义 2
1.3国内外研究现状 3
1.3.1国内研究现状 3
1.3.2国外研究现状 4
第二章 软件简介 6
2.1 软件介绍 6
2.2 FLUENT 软件 10
2.2.1 FLUENT可以解决的问题 11
2.2.2 用FLUENT求解问题的步骤 11
2.2.3 Fluent的网格特性 12
2.2.4 F
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.1国内研究现状 3
1.3.2国外研究现状 4
第二章 软件简介 6
2.1 软件介绍 6
2.2 FLUENT 软件 10
2.2.1 FLUENT可以解决的问题 11
2.2.2 用FLUENT求解问题的步骤 11
2.2.3 Fluent的网格特性 12
2.2.4 FLUENT中主要算法与湍流模型 13
2.2.5 FLUENT在船舶CFD中的运用 14
2.2.6 控制方程的离散 15
第三章 翼型设计及建模 16
3.1风帆面积的确定 17
3.2风帆外形参数的确定 17
第四章 建模和网格划分 18
4.1创建流动区域 19
4.2网格划分 20
4.3 FLUENT参数设置 21
4.4 FLUENT后处理 24
4.5 不同攻角下的升阻力 27
4.6不同攻角下的压力分布图 30
结语 35
致谢 37
参考文献 38
第一章 绪论
1.1本文的研究背景
根据国际上相关领域的权威部门的一份最新的统计材料可以看出:在即将到来的20年内,全球能源的消耗总量将会比之前增加百分之66个百分点[1]，然而以当前的燃油的消耗速度来计算,全部的石油储量仅可供开采甚至不到半个世纪。船舶运输业仍然是主要依靠石油为主要的动力来源,其对于燃油的消耗大概占到了全国所有油品消耗量的十分之一,是我国能源消耗的大户行业。
根据我国交通部门最新制定的相关政策,全国各家航运单位要从源头上上掌控船只的能耗入关准则，运输设备一定要尽可能使用低能耗、高稳定性、高可靠性且能与生态环境更加和谐的船只。与此同时，要不遗余力的对那些高能耗的设备进行改进,如果改进不了，可以直接进行淘汰。不断对运输船队的运输能力结构进行升级改进,让我国的船舶工业走向大型先进节能的新的高度。
当前全球能源消耗量巨大，资源越来越短缺和需求量越发不匹配的，各国纷纷颁布船舶减排法律法规并进一步实施。面对油价持续走高的国际形势,各国的航运业早就己经开始围绕“新能源的研究与应用、绿色节能环保”等主题展开了研究工作。在这样的特殊时期,风能，这样一种可再生的清洁能源再次受到了世界各国专家的广泛重视而重新成为我们研究的重点。由于跟其他能源相比风能具有可再生性、清洁无污染等一系列优势,许多国家的船运企业都把风帆在船舶上应用利用风能作为主要推动力当做自己研究的重中之重，为了更为完全的利用风能，不惜投入大力气来发展风帆助航技术。
虽然风能这一清洁能源有着许多的优点,但是由于它本身的不稳定分布不均等特点给我们广大的科研工作者的研究工作带来了许多的困难。尤其是在关于如和将风帆助航技术更为有效的应用在大型船舶上的领域更是问题重重。但是我们各个国家的科研人才们不畏艰难，他们对于克服困难的渴望超乎了我们所有人的想象，他们克服了巨大的困难，经过巨大的努力，在风帆辅助推进装置方面的研究做出了很多骄人的成绩。[5]
使用“风帆”来当船舶的辅助推进装置,利用风力推进来代替燃油提供动力推进，是在如今这一科研水平和海洋条件用来降低船舶运行时的燃油的消耗量,这也是用来减少航运成本,降低二氧化碳、氮硫化物等污染气体排放的有效措施之一[6]。为了降低世界能源的紧缺危机，保护生态环境。对于风帆助航技术的研究以及应用,起着相当至关重要的作用。
1.2本文的研究意义
在如今低碳、绿色的国际大趋势之下，全球各行各业纷纷将可持续发展作为自己的指导思想来进行下一步的企业发展计划。然而世界上如今对于能源的使用是以化石原料作为主要方式,但是随着资源的日渐枯竭,石油煤炭等化石燃料的价格肯定会上涨,这也一定会在将来对于各个行业的发展起到举足轻重的作用。在此时,由于我们之前对于自然资源的过度滥用，其带来的负面影响也逐渐凸显了出来。比如说全球气候变暖、雾霾等大气污染。所以如今国际的发展大趋势就是对无污染的清洁新能源的开发和利用。全球各个国家纷纷走上了全力对新能源的开发和利用的新的发展道路。而就对于航运业而言,正是因为燃油价格的提高导致了全球航运业在未来的发展将会遇到更多更大的困难。近段时间以来全球航运业的营业利润持续下降，发展进入衰落阶段这就与全球燃油价格的持续上涨有着难以分割的联系。
如今面对着这些一些些困难,全世界的航运公司都在全力的投入于对新能源的开发和对先进科学技术的研究上,想要通过对技术的改进来达到降低船舶的航运成本，减少化石能源的消耗以及污染气体的排放。在这种艰难的全球大背景之下，大力加强嘴风帆助航技术的研究力度能够取得很大经济价值。风能也之所以能够得到各个国家的重视，不仅是因为它是清洁能源，更是因为它拥有着无比巨大的储量，取之不尽用之不竭。清洁无污染,不会对生态环境造成危害。当然，事物都有其两面性，风能的不稳定难以控制也给我们对于它的利用带了很大的困难。这也是它的缺陷之一。但是知己知彼，百战不殆。我们已经看清了它的优势与缺陷，相信在我们全球广大科研工作们的共同努力下，风帆助航技术将愈发的成熟。逐渐将占据取代燃油推进船舶的传统方式。
1.3国内外研究现状
1.3.1国内研究现状
这些年以来随着地球生态资源的过度使用，船舶减排法规的日益科学完善,我们对于风帆助航技术的研究工作也开启了一段新的篇章,许许多多的先进的科学技术用来应用在船舶上，而这也将开启以科学技术为主导的科学帆船时代。接着我们就来介绍一下关于风帆助航研究工作的最新的研究成果。
早就在20世纪80年代初期我们国家的一批优秀的科研工作者们为了早日将风帆助航这一新技术发展成熟推广使用而做了大量的研究工作,而且在那段时间之内取得了令人骄傲的成绩。也正是依靠着他们所做出的研究成果风帆助推装置被大量的应用在广东省各个海域的上千条渔船上,给我
第一章 绪论 1
1.1本文的研究背景 1
1.2本文的研究意义 2
1.3国内外研究现状 3
1.3.1国内研究现状 3
1.3.2国外研究现状 4
第二章 软件简介 6
2.1 软件介绍 6
2.2 FLUENT 软件 10
2.2.1 FLUENT可以解决的问题 11
2.2.2 用FLUENT求解问题的步骤 11
2.2.3 Fluent的网格特性 12
2.2.4 F
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.1国内研究现状 3
1.3.2国外研究现状 4
第二章 软件简介 6
2.1 软件介绍 6
2.2 FLUENT 软件 10
2.2.1 FLUENT可以解决的问题 11
2.2.2 用FLUENT求解问题的步骤 11
2.2.3 Fluent的网格特性 12
2.2.4 FLUENT中主要算法与湍流模型 13
2.2.5 FLUENT在船舶CFD中的运用 14
2.2.6 控制方程的离散 15
第三章 翼型设计及建模 16
3.1风帆面积的确定 17
3.2风帆外形参数的确定 17
第四章 建模和网格划分 18
4.1创建流动区域 19
4.2网格划分 20
4.3 FLUENT参数设置 21
4.4 FLUENT后处理 24
4.5 不同攻角下的升阻力 27
4.6不同攻角下的压力分布图 30
结语 35
致谢 37
参考文献 38
第一章 绪论
1.1本文的研究背景
根据国际上相关领域的权威部门的一份最新的统计材料可以看出:在即将到来的20年内,全球能源的消耗总量将会比之前增加百分之66个百分点[1]，然而以当前的燃油的消耗速度来计算,全部的石油储量仅可供开采甚至不到半个世纪。船舶运输业仍然是主要依靠石油为主要的动力来源,其对于燃油的消耗大概占到了全国所有油品消耗量的十分之一,是我国能源消耗的大户行业。
根据我国交通部门最新制定的相关政策,全国各家航运单位要从源头上上掌控船只的能耗入关准则，运输设备一定要尽可能使用低能耗、高稳定性、高可靠性且能与生态环境更加和谐的船只。与此同时，要不遗余力的对那些高能耗的设备进行改进,如果改进不了，可以直接进行淘汰。不断对运输船队的运输能力结构进行升级改进,让我国的船舶工业走向大型先进节能的新的高度。
当前全球能源消耗量巨大，资源越来越短缺和需求量越发不匹配的，各国纷纷颁布船舶减排法律法规并进一步实施。面对油价持续走高的国际形势,各国的航运业早就己经开始围绕“新能源的研究与应用、绿色节能环保”等主题展开了研究工作。在这样的特殊时期,风能，这样一种可再生的清洁能源再次受到了世界各国专家的广泛重视而重新成为我们研究的重点。由于跟其他能源相比风能具有可再生性、清洁无污染等一系列优势,许多国家的船运企业都把风帆在船舶上应用利用风能作为主要推动力当做自己研究的重中之重，为了更为完全的利用风能，不惜投入大力气来发展风帆助航技术。
虽然风能这一清洁能源有着许多的优点,但是由于它本身的不稳定分布不均等特点给我们广大的科研工作者的研究工作带来了许多的困难。尤其是在关于如和将风帆助航技术更为有效的应用在大型船舶上的领域更是问题重重。但是我们各个国家的科研人才们不畏艰难，他们对于克服困难的渴望超乎了我们所有人的想象，他们克服了巨大的困难，经过巨大的努力，在风帆辅助推进装置方面的研究做出了很多骄人的成绩。[5]
使用“风帆”来当船舶的辅助推进装置,利用风力推进来代替燃油提供动力推进，是在如今这一科研水平和海洋条件用来降低船舶运行时的燃油的消耗量,这也是用来减少航运成本,降低二氧化碳、氮硫化物等污染气体排放的有效措施之一[6]。为了降低世界能源的紧缺危机，保护生态环境。对于风帆助航技术的研究以及应用,起着相当至关重要的作用。
1.2本文的研究意义
在如今低碳、绿色的国际大趋势之下，全球各行各业纷纷将可持续发展作为自己的指导思想来进行下一步的企业发展计划。然而世界上如今对于能源的使用是以化石原料作为主要方式,但是随着资源的日渐枯竭,石油煤炭等化石燃料的价格肯定会上涨,这也一定会在将来对于各个行业的发展起到举足轻重的作用。在此时,由于我们之前对于自然资源的过度滥用，其带来的负面影响也逐渐凸显了出来。比如说全球气候变暖、雾霾等大气污染。所以如今国际的发展大趋势就是对无污染的清洁新能源的开发和利用。全球各个国家纷纷走上了全力对新能源的开发和利用的新的发展道路。而就对于航运业而言,正是因为燃油价格的提高导致了全球航运业在未来的发展将会遇到更多更大的困难。近段时间以来全球航运业的营业利润持续下降，发展进入衰落阶段这就与全球燃油价格的持续上涨有着难以分割的联系。
如今面对着这些一些些困难,全世界的航运公司都在全力的投入于对新能源的开发和对先进科学技术的研究上,想要通过对技术的改进来达到降低船舶的航运成本，减少化石能源的消耗以及污染气体的排放。在这种艰难的全球大背景之下，大力加强嘴风帆助航技术的研究力度能够取得很大经济价值。风能也之所以能够得到各个国家的重视，不仅是因为它是清洁能源，更是因为它拥有着无比巨大的储量，取之不尽用之不竭。清洁无污染,不会对生态环境造成危害。当然，事物都有其两面性，风能的不稳定难以控制也给我们对于它的利用带了很大的困难。这也是它的缺陷之一。但是知己知彼，百战不殆。我们已经看清了它的优势与缺陷，相信在我们全球广大科研工作们的共同努力下，风帆助航技术将愈发的成熟。逐渐将占据取代燃油推进船舶的传统方式。
1.3国内外研究现状
1.3.1国内研究现状
这些年以来随着地球生态资源的过度使用，船舶减排法规的日益科学完善,我们对于风帆助航技术的研究工作也开启了一段新的篇章,许许多多的先进的科学技术用来应用在船舶上，而这也将开启以科学技术为主导的科学帆船时代。接着我们就来介绍一下关于风帆助航研究工作的最新的研究成果。
早就在20世纪80年代初期我们国家的一批优秀的科研工作者们为了早日将风帆助航这一新技术发展成熟推广使用而做了大量的研究工作,而且在那段时间之内取得了令人骄傲的成绩。也正是依靠着他们所做出的研究成果风帆助推装置被大量的应用在广东省各个海域的上千条渔船上,给我
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