随着国内渔船数量和功率不断增加,我国渔船行业规模已经位于世界的前列,根据渔业统计年鉴数据分析,我国渔船每年总燃油消耗大约为790万吨,其中拖网渔船是渔船燃油消耗的主体。由于渔船主要能源消耗在于主机,因此国家出台一系列的政策限制渔船数量与主机功率,目的也是为了防止过度捕捞海洋资源和能源过度消耗,但是效果不是很明显,这给行业带来了新的挑战。本课题基于渔船用柴油机型谱审核与标识项目,从节能减排方向和防止大机小标现象,对渔船、主机、螺旋桨匹配进行研究,针对24米拖网渔船提供一套合适的匹配方案,通过与实际渔船油耗进行对比和对该船仿真数据分析,验证了该匹配方案的合理性。本文首先对船机桨匹配的理论进行分析,掌握如何运用软件以及机桨匹配理论知识进行船机桨优化匹配,通过对渔船用柴油机型谱数据分析,掌握全国渔船用柴油机基本数据以及为后面主机选型做准备,然后通过NAPA软件对调研的山东省威海市的24米拖网渔船进行匹配研究,得到该船在设计速度下的油耗,最后与仿真数据进行对比分析。本文主要研究内容如下:(1)阐述课题研究的背景与意义、国内外研究现状等内容。得知国外主要运用NavCAD软件进行船舶航速性能预报和分析,并且采用先进的数字计算方法(如CFD,Computational Fluid Dynamics,计算流体动力学)进行流体动力估算也逐渐增多。这为本文后续仿真分析提供了软件参考依据。(2)进行了船机桨特性分析。对渔船的阻力特性、主机特性及螺旋桨推进特性进行了分析,通过渔船阻力分析,得到渔船有效功率,根据有效功率曲线匹配出相应的螺旋桨与主机。(3)进行了机桨匹配特性分析。主要阐述渔船机桨的平衡关系、船机桨之间相互作用关系、匹配方法,并构建了相应的模型,对渔船机桨匹配曲线性能做出了分析。(4)对24米拖网渔船机型选配并进行相应的计算,通过NAPA软件进行了静水力计算,得出拖网渔船的有效功率,匹配出相应的B型螺旋桨:D=1.7米、P/D=0.623、螺旋桨的叶数为n=4,螺旋桨盘面系数为0.58。通过该船常见工况和所需速度,在型谱数据里面选择潍柴动力股份有限公司WP13系列中WP13C500-18型号的柴油机作为主机,并对该机型进行了燃油特性试验,最后通过WP13C500-18型号主机的燃油特性曲线,分析该匹配方案下的渔船在设计速度下的主机燃油消耗率。(5)基于已有的24米拖网渔船船体型线图,借助澳大利亚Formation Design Systems公司的开发的MAXSURF软件完成三维模型建立,然后再借助商业CFD软件STARCCM+(Ver 12.02)分析渔船在各航速下实船的油耗特性。具体仿真过程如下:通过CFD方法计算得到渔船三维模型尺度下船舶总阻力,再借助模型阻力到实处阻力换算的二因次换算方法得到实船总阻力及有效功率;由经验公式计算得到船舶推进因子,通过CFD仿真得到B系列螺旋桨及Ka系列螺旋桨敞水实验数据,然后借助已有主机油耗试验数据,采用插值法计算两种系列螺旋桨下船舶的油耗特性。通过对以上内容的分析得到如下结论:(1)通过NAPA软件、NAVCAD软件和Starccm+软件分别计算出船体的有效功率,绘制出有效功率曲线,通过比较得出NAPA软件计算有效功率的数据更接近船体的有效功率。(2)通过NAPA对调研山东省威海市24米拖网渔船的阻力计算,设计一套最佳匹配方案:选择B型螺旋桨主要参数如下:D=1.7米、P/D=0.623、螺旋桨的叶数为n=4,螺旋浆的盘面系数为0.58。主机选择:潍柴WP13C500-18型号的柴油机,选择减速比为4.3的齿轮箱,当渔船自由航行的速度为10kn,主机油耗率为:195.6g/kWh,与实际油耗230g/kWh进行对比,验证该匹配方案的合理性与经济性。(3)通过对24米拖网渔船B型桨与导管桨匹配油耗的对比分析,得出在主机相同的情况下,选择B型桨更加省油,经济性更好。(4)对拖网渔船燃油特性进行仿真分析,得出24米拖网渔船匹配的主机额定功率不超过365KW,能够对大机小标现象的核查提供理论依据。