技术资讯 I Omnis Marine如何通过优化船舶纵倾，节省高达 5%的燃料？-电子发烧友网

在谈到航运业节能减排时，大家可能不会想到从纵倾优化的角度入手；但这种方法在近期备受关注，因为它确实可以大大减少燃料消耗。即使航行速度和吃水保持不变，船舶的阻力也会发生变化，这取决于纵倾角度。因此，在港口的装载货物时，优化纵倾角可以确保船舶在航行过程中的平均阻力达到最小。

纵倾优化的经济效益

除了助力环保事业，航运公司还可以获得梦寐以求的经济效益。由于优化纵倾角可以减少燃料成本，在对各种巡航条件进行全面的纵倾角优化研究的基础上，建立一个最佳纵倾角数据库在财务方面意义重大。

任何类型和船龄的船舶都可以进行纵倾优化；当然，船舶体积越大，好处就越明显。对于某些船舶，如游轮，由于乘客的舒适度和设施的限制相对严格，所以纵倾角的调整相对不那么灵活。对于航行时经常需要装载部分负荷的船舶，如滚装船和较小的集装箱船，优化纵倾角可以发挥最大的效果。在这些情况下，燃料节省可能高达 5%。这是一个相当大的数字：对于一艘装载大约 2000 个标准集装箱的集装箱运输船，如果以 22kn 的速度航行，这相当于每天节省约 35 桶石油。

“对于航行时经常需要装载部分负荷的船舶，如滚装船和较小的集装箱船，优化纵倾角可以节省高达 5% 的燃料。对于一艘装载大约 2000 个标准集装箱的集装箱运输船，如果以 22kn 的速度航行，这相当于每天节省约 35 桶石油。”

动态纵倾的重要性

在过去，船舶设计是针对单一的速度和吃水进行优化的，但大多数船舶会经历各种不同的航行条件，需要对这些参数进行各种更改。如今，借助计算流体力学 (Computational Fluid Dynamics ，CFD) 这一扭转乾坤的利器，我们可以快速而准确地生成最佳纵倾和吃水条件矩阵。

需要运行数以百计的模拟，每种模拟都对应一组初始纵倾、吃水和速度值，从而创建一个最佳纵倾数据库，同时不需要进行任何模型测试。计算时采用实船数据，因为使用缩小版模型不能准确预测湍流，而湍流对最佳纵倾角度有很大的影响。局部再循环和水流剥离会导致模型和实船的预测力出现差异，因为支配这些现象的雷诺数不能在几何比例中得到保留。与不包括湍流效应的潜在数据相比，壁面粗糙度（污垢）的阻力增加效应也可以纳入 CFD 分析中。因此，对于船舶在整个生命周期内的阻力，CFD 可以提供更真实的数据。

鉴于结果的准确性和一致性，CFD 还能将复杂流体力学问题的详细信息转换为 3D 形式。工作流程几乎可以完全自动化，因为软件的所有操作都可以用脚本编写。船舶设计师只需输入特定的船舶条件，软件就能在一个工作站或 HPC 集群上快速自主地设置和运行所有模拟。

“整个工作流程几乎可以完全自动化。船舶设计师只需输入特定的船舶条件，软件就能在一个工作站或 HPC 集群上快速自主地设置和运行所有模拟。”

Omnis Marine

在实践中，Omnis Marine 的 C-Wizard 矩阵模式创建了 n x m x p 的计算：针对每个 {吃水 (n)，纵倾 (m)} 组合提供一个速度 (p) 的列表。所有吃水-纵倾组合的位移都保持一致。随着船舶平移/旋转，自由表面的 Z 坐标在所有计算中也保持不变，以确保等距位移条件。此外，用户还可以选择通过鼓动盘使用真实螺旋桨性能的公开水域数据，这进一步提高了结果的准确性和真实性，同时 CPU 成本较低。

在模拟过程中，Omnis Marine 可以通过鼓动盘读取公开水域性能数据。

流体求解器计算出的阻力、力矩和动态纵倾以及下沉量，对应后处理步骤中的每个组合（吃水、纵倾、速度），会产生每个吃水的位移。例如，以下是基于 Omnis Marine 获得的 CFD 结果得出的特定船只的优化纵倾表格。

Omnis Marine得出的优化纵倾表格

值得注意的是，整个项目的数百次计算都将用同一个网格来完成！这种能力大大减少了所需的总计算时间，因为几何体和水域只需要经过一次网格化，同时还能确保最高的精度。此外，这还避免了创建不同网格所固有的数值不确定性。这要归功于 Omnis Marine 独特的自适应网格细化 (Adaptive Grid Refinement ，AGR) 技术，该技术以各向异性、自动和动态的方式，在模拟过程中对自由表面进行所有必要的细化。