超巴拿马型集装箱船球艏型线优化研究.pdfVIP

56 卷 第1 期（总第212 期） 中 国 造 船 Vol.56 No.1 （Serial No. 212） 2015 年 3 月 SHIPBUILDING OF CHINA Mar. 2015 文章编号：1000-4882 （2015 ）0 1-0080-07 超巴拿马型集装箱船球艏型线优化研究 陈红梅，熊小青，吴 琼，胡 平，蔡荣泉，王金宝 （中国船舶工业集团公司第七○八研究所，上海 200011 ） 摘 要 为获得更优的EEDI 指数，实现油耗降低，要求集装箱船型线设计方案在不同的速度点均满足阻力较优。 以一艘超巴拿马型集装箱船为研究对象，在人工优化后型线基础上，利用数值优化集成系统，采用最优化技 术、自由变形技术（FFD ）和计算流体力学技术（CFD ），对船体首部型线进一步优化。要在设计吃水下15~21kn 速度段内，达到降低阻力的目的。模型试验和数值计算均证实这一多速度点数值优化比较成功。 关 键 词：数值优化集成系统；最优化技术；自由变形技术；计算流体力学技术 中图分类号：U662.2 文献标识码： A 0 引 言 强制实施的新造船能效指数(EEDI)对船舶设计提出了更高要求，使我国船舶设计面临新的挑战。 从EEDI公式可看出，对新造船能效指数起决定性作用的主要参数有航速、为达到该航速所需的功率、 船舶载货量三项[1] 。为获得更优秀的EEDI指数，最理想的状态是设计的船型快速性能较优，能减小相 同航速下需安装的主机功率，实现节能减排目标。设计的型线在一个经常营运的速段内其快速性能均 较优，这是设计师和船东共同追求的目标。 船体上加装球艏可以有效地减小船体阻力。球艏的减阻机理主要为通过合理设计球艏的大小、位 置和形状等，从而减小船舶航行时的兴波阻力、舭涡阻力或者破波阻力。对于中高速船舶，常会采用 球艏，以船舶兴波阻力最小为目标，寻找最优的船舶球艏形状、大小和位置等，能有效地降低船舶的 总阻力。目前，甚至一些中低速船舶也采用球艏以实现减阻。对球艏的设计研究由来已久。但由于球 艏与船体的适配问题复杂及多种因素的限制，球艏的优化设计仍需深入研究。特别是，对于兼顾多速 度点的需求，仅凭借设计经验，难以得到性能综合较优的球艏设计方案，借助对球艏线型的自动优化 才有可能实现。 本文采用数值优化集成系统，应用最优化技术、参数化和自由变形技术，对集装箱船的首部，针 对多速度点下的兴波阻力，进行多目标优化设计，对原型方案和优化方案，首先采用FLUENT 软件进 行总阻力的数值验证，然后进行模型试验验证，数值计算和模型试验均证实了本文的多点数值优化方 法比较成功。 收稿日期：2014-01-14；修改稿收稿日期：2015-02-05 56 卷 第 1 期 （总第212 期） 陈红梅，等：超巴拿马型集装箱船球艏型线优化研究 81 1 数值优化集成系统[2] 本文采用的数值优化集成系统主要由优化平台软件OPTIMUS 、曲面变形软件DEP-Morpher 、船舶 性能评估CFD软件SHIPFLOW组成。应用该集成系统进行船体曲面水动力性能优化时，利用OPTIMUS 软件中的最优化技术，对目标函数进行寻优[3] ；利用DEP-Morpher 中的参数化技术和自由变形技术，对 [4] [5] 曲面进行改型和自动光顺 ；利用SHIPFLOW软件中的势流求解器，对目标函数进行数值预报 。 所建优化平台的主要工作流程如下： DEP-Morpher CFD 分析软件 OPTIMUS 图1 工作流程图 2 集装箱船首部型线多速度点的优