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Magnus旋转式船舶节能装置特性分析

李振琦 袁文鑫 李广年 郭海鹏

李振琦, 袁文鑫, 李广年, 等. Magnus旋转式船舶节能装置特性分析[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(增刊): 1–6 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02040
引用本文: 李振琦, 袁文鑫, 李广年, 等. Magnus旋转式船舶节能装置特性分析[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(增刊): 1–6 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02040
LI Z Q, YUAN W X, LI G N, et al. Characteristic analysis of Magnus rotating marine energy saving device[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(Supp): 1–6 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02040
Citation: LI Z Q, YUAN W X, LI G N, et al. Characteristic analysis of Magnus rotating marine energy saving device[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(Supp): 1–6 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02040

Magnus旋转式船舶节能装置特性分析

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02040
基金项目: 宁波市科技局计划资助项目(2019C10091);浙江省新苗人才计划资助项目(2020R405078,2020R405093)
详细信息
    作者简介:

    李振琦,男,1996年生,硕士生。研究方向:高性能船舶设计,海洋资源开发与利用。E-mail:lizhenqi1@foxmail.com

    李广年,男,1981年生,博士,副教授。研究方向:高性能船舶设计,船舶推进器性能与设计,海洋动力资源开发与利用技术。E-mail:nianlg@aliyun.com

    通信作者:

    李广年

  • 中图分类号: U664.1

Characteristic analysis of Magnus rotating marine energy saving device

  • 摘要:   目的  船舶助力航行设施可降低航运成本,提高经济效益,一定程度上还可改善海洋环境。基于Magnus效应原理,通过数值模拟方法,研究一种船舶助力航行设施(旋筒风帆)在风场中的力学性能。  方法  分析风帆推力、横向力,以及旋筒所需驱动扭矩随旋筒的转速、风速、风向角的变化规律,并以一艘安装有旋筒风帆的散货轮为对象,评估其节能效果。  结果  结果表明:风帆产生的推力和横向力随风速及旋筒转速的增加而增大; 当风向角为90°时,节能效果最好,但推力在到达峰值后会逐渐减小,风帆节能效果随风向角变化;驱动旋筒旋转会消耗功率,在产生推力的同时也会产生使船舶偏航的横向力。  结论  研究结果可为船舶旋筒风帆优化设计提供一定的技术支持。
  • 图  1  Magnus效应的流场

    Figure  1.  Flow field of Magnus effect

    图  2  Magnus效应的受力

    Figure  2.  Forces of Magnus effect

    图  3  旋筒受力图

    Figure  3.  Free-body diagram of rotating cylinder

    图  4  旋筒风帆助力示意图

    Figure  4.  Free-body diagram of rotor sail of ship

    图  5  计算域

    Figure  5.  Computational domain

    图  6  计算网格

    Figure  6.  Computational grid

    图  7  旋筒周围的边界层网格

    Figure  7.  Boundary layer grid around a rotating cylinder

    图  8  旋筒升力、阻力时历曲线

    Figure  8.  Time histories of lift and resistance of rotary cylinder

    图  9  推力、横向力随风速变化

    Figure  9.  Variation of thrust and lateral force with wind speed

    图  10  推力、横向力随转速变化

    Figure  10.  Variation of thrust and lateral force with rotating speed

    图  11  扭矩随转速的变化

    Figure  11.  Variation of torque with rotating speed

    图  12  推力、横向力随风向角的变化

    Figure  12.  Variation of thrust and lateral force with wind direction angles

    图  13  船舶航速−有效功率曲线

    Figure  13.  Profile of speed-effective power of ship

    图  14  不同风向角情况下旋筒风帆节能效果

    Figure  14.  The energy saving of rotor sail under different wind directions

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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-22
  • 修回日期:  2020-10-12
  • 网络出版日期:  2020-12-10

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