船舶流体动力节能技术

随着世界经济的发展，海上运输业日益繁忙。船舶作为全球社会经济发展的主要运输工具之一，其需求量达到了前所未有的程度，船舶引发的生态环境污染问题也日益严重。随着人们对生态环境保护的日益重视，世界经济进入了绿色与高质量的发展阶段，船舶制造业也由传统船舶向绿色船舶转变。绿色船舶是指在其全生命周期（从设计、制造、营运到*后报废、拆解的全过程）中，通过采用先进的绿色技术，*限度地实现其低能耗、低排放、低污染、高能效、安全环保的功能目标，同时能经济地满足用户的要求，节省资源和能源，并且对生产者和使用者具有良好的保护作用。船舶能效设计指数（EEDI）是绿色船舶的核心指标，新造船必须满足EEDI强制性要求并获得国际能效（IEE）证书后才能进入国际市场。面对新的挑战，近十年来世界各国积极开展了各类能够降低船舶EEDI值的技术研究。其中，船舶流体动力节能技术能够降低船舶阻力、提高推进效率，是有效降低船舶EEDI值和促进节能减排的手段之一。

来自中国船舶科学研究中心的作者团队多年来致力于研究和开发船舶流体动力节能技术，包括理论研究、设计方法、性能预报、试验验证等方面，综合、系统地考虑船舶流体动力节能问题。例如，应用船舶线型优化和船体表面减阻技术降低船舶阻力，应用高效推进技术提高船舶推进效率，采用水动力节能装置改善船尾流场并提高船舶推进效率，应用风力辅助推进船舶航行。这些船舶流体动力节能技术措施在降低船舶EEDI值、减少CO2排放、保护生态环境等方面取得了良好的效果。相关科研成果已应用于数百艘实船，社会效益良好。

本书从流体动力节能的角度出发，详细介绍了国内外船舶流体动力节能技术的*研究成果。全书共9章，第1章概述了船舶节能的背景、技术措施及发展趋势；第2章主要介绍船舶在航行中所受的流体动力情况及节能解决方案；第3~8章分别介绍船体线型优化、船舶表面减阻、高效推进增效、采用桨前水动力节能装置和桨后水动力节能装置、风力助推等节能技术的原理、设计方法、性能预报方法和措施；第9章主要介绍流体动力节能技术的节能效果预报与验证技术，包括数值预报、模型试验和实船验证。

本书由周伟新和黄国富主编，主要负责组织编写工作。第1章由胡琼和周伟新编写，第2章由苏甲和黄国富编写，第3章由王杉和胡世良编写，第4章由高丽瑾编写，第5章由辛公正和曾志波编写，第6章由黄树权和黄国富编写，第7章由韩用波和周伟新编写，第8章由刘希洋、王艳霞和陈纪军编写，第9章由黄树权、周伟新和陈雷强编写。*后由周伟新和黄国富审阅、统稿并对全书进行润色。

本书得到了上海交通大学出版社的大力支持，在此表示衷心感谢！本书是我国在船舶流体动力节能技术领域的*本学术专著，相信本书能够帮助广大科研人员、高校研究生及其他相关领域的科技工作者掌握船舶流体动力节能技术的原理、设计方法、性能预报和验证方法。由于作者学识与水平有限，书中难免存在不足之处，恳请读者予以批评指正。

本书从船舶流体动力学角度出发，详细阐述了国内外船舶流体动力节能技术的*研究成果。全书共9章，针对船型优化减阻技术、船舶表面减阻技术、高效推进技术、桨前水动力节能装置、桨后水动力节能装置、风力助推技术等主流节能技术，不仅阐述了其机理、基础理论、设计方法和性能预报方法，还介绍了包括模型试验、数值水池虚拟试验和实船试验在内的相关水动力节能效果验证技术。这些内容既适用于新造船的设计优化，也适用于服役船舶的节能改造。本书可供从事船舶节能技术相关研究的科研人员、研究生以及工程技术人员阅读参考。

周伟新，研究员，博导。中国船舶重工集团公司第七○二研究所副所长。从事船舶与海洋工程流体力学、试验技术及工程应用研究，中国绿色船舶（EEDI）技术专家组副组长，承担国家重大项目近 20 项，获省部级奖 10 余项，专利和成果产业化各 2 项，曾入选上海市领军人才。一级刊物上发表论文 6 篇。

黄国富，研究员，博导。中船重工节能技术发展有限公司总经理，从事船舶高效节能推进技术研究及科技成果转化，中国船舶水动力节能技术和绿色船舶水动力节能装置配套产业化领军人物。具有消涡鳍、前置预旋导轮等节能装置产品的自主知识产权。发表学术论文 30 余篇，科技报告 50 余篇，发明专利 3 项，获中船重工集团公司科技进步一等奖 1项、二等奖 3 项，中国造船工程学会科学技术三等奖 1 项。

1 船舶流体动力节能技术概述

1.1 船舶温室气体减排要求和绿色船舶

　1.2 船舶强制性EEDI要求

1.3 强制性EEDI要求与船舶设计

1.4 船舶流体动力节能技术

　1.5 小结

2 船舶流体动力节能分析

　2.1 船舶阻力成分与节能分析

　2.2 船、机、桨匹配

　2.3 船舶推进及节能技术

2.4 风力助推节能技术

3 船体线型优化技术

　3.1 船舶静水阻力优化

　3.2 伴流场优化

　3.3 波浪增阻优化

3.4 风阻优化

　3.5 船舶纵倾优化

　3.6 船体线型综合优化的应用案例分析

4 船舶表面减阻技术

　4.1 概述

　4.2 船舶表面减阻技术的特性

　4.3 气体润滑减阻技术

　4.4 气层减阻技术

　4.5 涂层减阻技术

　4.6 智能主动流动控制减阻技术

5 高效推进增效技术

　5.1 推进器的选型

　5.2 螺旋桨的优化

　5.3 端板螺旋桨

　5.4 吊舱推进器与混合对转推进器

　5.5 轮缘驱动推进器

6 桨前水动力节能装置

6.1 伴流补偿导管

　6.2 前置预旋定子

6.3 前置预旋导轮

6.4 桨前水动力节能装置的应用案例分析

7 桨后水动力节能装置

　7.1 桨毂消涡鳍

　7.2 桨毂消涡轮

　7.3 后置定子

　7.4 自由转轮

　7.5 节能舵

8 风力助推节能

　8.1 风帆助推

8.2 转子助推

　8.3 风筝助推

8.4 风力助推节能技术的EEDI达到值评估方法

9 节能效果预报与验证技术

9.1 在EEDI达到值预验证阶段的预报与验证

9.2 实船试航EEDI达到值的*终验证

9.3 在船舶营运阶段的能效评估与验证

　9.4 小结

参考文献

索引