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在航运业提倡节能减排的背景下,降低营运船舶的燃油支出、减少排放、优化能效成为航运企业关注的重点。为实现船舶能效的优化与提升,本文以航行阻力作为切入点分析多因素与阻力的关系,从而探索能效分析与优化的方法。以5000车位汽车滚装船为典型研究对象,基于计算流体力学的理论与方法,结合拖曳船模试验,采用数值模拟的方法分析不同航行状态与外界条件下的航行阻力、船舶推进效率和能效水平,并分析船舶运营环境中外界因素与阻力、能效的敏感度变化及映射关系。船体表面粗糙度及微沟槽形貌是影响船舶阻力的原因之一,仿真结果表明:在一定的粗糙度高度范围内,航行阻力随着粗糙度高度的增大而增大,一定范围内增加的阻力可采用经验推荐的摩擦阻力补贴系数处理,粗糙度常数作为粗糙度高度的修正系数,主要通过影响表面沙粒的均匀程度影响阻力。选取三种沟槽形貌分别应用于目标船上,得出在一定的沟槽尺寸范围内,矩形沟槽形貌相对三角形、圆弧形沟槽形貌的阻力更小,在矩形沟槽的来流侧和背流侧均有明显的涡流,涡流中心点的速度接近于0,航速越大时涡流趋势越显著。船舶的航行浮态也是影响阻力的重要因素,仿真结果表明:船舶发生横纵倾时其对应水线面形状、湿表面积均会发生改变,其中,在-2°到2°的范围内,目标船在纵倾角尾倾1°左右时阻力最小;在纵倾角正倾2°左右时阻力最大;在横倾0.5°左右时阻力最小;在横倾1.5°左右时阻力最大。基于最优横倾和最优纵倾的分析,为二者的综合作用对目标船能效的影响分析提供基础依据。基于MATLAB-Simulink建立目标船的船舶能效运营指数(EEOI)以及主动力推进系统模型并将仿真结果应用于该模型,以船体表面粗糙度条件、横倾角、纵倾角、航速作为模型的输入因素,从动态映射的关系进行分析,结果表明:目标船在较高航速下时整体EEOI值相对低航速下整体EEOI值大幅增长,这说明航速对船舶EEOI的影响很大。表面粗糙度高度越大,目标船EEOI值越大,推进效率越低。当纵倾角在-1.5°~-2°、横倾角在1.5°左右时EEOI和推进效率具有剧烈的变化趋势,这是由于目标船在此工况下湿表面积剧烈变化的原因。根据横纵倾角与EEOI及推进效率的仿真云图,得到不同航速与不同船体表面条件下航行浮态与船舶能效及推进效率的趋势关系,为船舶动力能效和船体阻力间的调控模型以及基于摩擦学的船舶节能减阻的方法体系提供一定的理论和依据。