技術(shù)資訊 I Omnis Marine如何通過優(yōu)化船舶縱傾，節(jié)省高達 5%的燃料？
縱傾優(yōu)化的經(jīng)濟效益
除了助力環(huán)保事業(yè)，航運公司還可以獲得夢寐以求的經(jīng)濟效益。由于優(yōu)化縱傾角可以減少燃料成本，在對各種巡航條件進行全面的縱傾角優(yōu)化研究的基礎(chǔ)上，建立一個最佳縱傾角數(shù)據(jù)庫在財務(wù)方面意義重大。
任何類型和船齡的船舶都可以進行縱傾優(yōu)化；當然，船舶體積越大，好處就越明顯。對于某些船舶，如游輪，由于乘客的舒適度和設(shè)施的限制相對嚴格，所以縱傾角的調(diào)整相對不那么靈活。對于航行時經(jīng)常需要裝載部分負荷的船舶，如滾裝船和較小的集裝箱船，優(yōu)化縱傾角可以發(fā)揮最大的效果。在這些情況下，燃料節(jié)省可能高達 5%。這是一個相當大的數(shù)字：對于一艘裝載大約 2000 個標準集裝箱的集裝箱運輸船，如果以 22kn 的速度航行，這相當于每天節(jié)省約 35 桶石油。
“對于航行時經(jīng)常需要裝載部分負荷的船舶，如滾裝船和較小的集裝箱船，優(yōu)化縱傾角可以節(jié)省高達 5% 的燃料。對于一艘裝載大約 2000 個標準集裝箱的集裝箱運輸船，如果以 22kn 的速度航行，這相當于每天節(jié)省約 35 桶石油?！?br style="box-sizing: border-box;">
動態(tài)縱傾的重要性
在過去，船舶設(shè)計是針對單一的速度和吃水進行優(yōu)化的，但大多數(shù)船舶會經(jīng)歷各種不同的航行條件，需要對這些參數(shù)進行各種更改。如今，借助計算流體力學(xué) (Computational Fluid Dynamics ，CFD) 這一扭轉(zhuǎn)乾坤的利器，我們可以快速而準確地生成最佳縱傾和吃水條件矩陣。
需要運行數(shù)以百計的模擬，每種模擬都對應(yīng)一組初始縱傾、吃水和速度值，從而創(chuàng)建一個最佳縱傾數(shù)據(jù)庫，同時不需要進行任何模型測試。計算時采用實船數(shù)據(jù)，因為使用縮小版模型不能準確預(yù)測湍流，而湍流對最佳縱傾角度有很大的影響。局部再循環(huán)和水流剝離會導(dǎo)致模型和實船的預(yù)測力出現(xiàn)差異，因為支配這些現(xiàn)象的雷諾數(shù)不能在幾何比例中得到保留。與不包括湍流效應(yīng)的潛在數(shù)據(jù)相比，壁面粗糙度（污垢）的阻力增加效應(yīng)也可以納入 CFD 分析中。因此，對于船舶在整個生命周期內(nèi)的阻力，CFD 可以提供更真實的數(shù)據(jù)。
鑒于結(jié)果的準確性和一致性，CFD 還能將復(fù)雜流體力學(xué)問題的詳細信息轉(zhuǎn)換為 3D 形式。工作流程幾乎可以完全自動化，因為軟件的所有操作都可以用腳本編寫。船舶設(shè)計師只需輸入特定的船舶條件，軟件就能在一個工作站或 HPC 集群上快速自主地設(shè)置和運行所有模擬。
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Omnis Marine
在實踐中，Omnis? Marine 的 C-Wizard 矩陣模式創(chuàng)建了 n x m x p 的計算：針對每個 {吃水 (n)，縱傾 (m)} 組合提供一個速度 (p) 的列表。所有吃水-縱傾組合的位移都保持一致。隨著船舶平移/旋轉(zhuǎn)，自由表面的 Z 坐標在所有計算中也保持不變，以確保等距位移條件。此外，用戶還可以選擇通過鼓動盤使用真實螺旋槳性能的公開水域數(shù)據(jù)，這進一步提高了結(jié)果的準確性和真實性，同時 CPU 成本較低。
在模擬過程中，Omnis Marine 可以通過鼓動盤讀取公開水域性能數(shù)據(jù)。
流體求解器計算出的阻力、力矩和動態(tài)縱傾以及下沉量，對應(yīng)后處理步驟中的每個組合（吃水、縱傾、速度），會產(chǎn)生每個吃水的位移。例如，以下是基于 Omnis Marine 獲得的 CFD 結(jié)果得出的特定船只的優(yōu)化縱傾表格。
Omnis Marine得出的優(yōu)化縱傾表格
值得注意的是，整個項目的數(shù)百次計算都將用同一個網(wǎng)格來完成！這種能力大大減少了所需的總計算時間，因為幾何體和水域只需要經(jīng)過一次網(wǎng)格化，同時還能確保最高的精度。此外，這還避免了創(chuàng)建不同網(wǎng)格所固有的數(shù)值不確定性。這要歸功于 Omnis Marine 獨特的自適應(yīng)網(wǎng)格細化 (Adaptive Grid Refinement ，AGR) 技術(shù)，該技術(shù)以各向異性、自動和動態(tài)的方式，在模擬過程中對自由表面進行所有必要的細化。
Omnis Marine 自適應(yīng)網(wǎng)格細化技術(shù)在捕捉自由表面方面的作用
結(jié)論
對于船東來說，要減少運營費用，縱傾優(yōu)化是一個相對容易的方法。在過去，可能無法針對初始吃水、縱傾角和速度的龐大矩陣獲得準確的阻力預(yù)測，而現(xiàn)在，CFD 是快速和高精度獲得最佳縱傾角數(shù)據(jù)庫的首選工具。
Omnis Marine 具有獨特的功能，如帶有自適應(yīng)網(wǎng)格細化技術(shù)的單網(wǎng)格方法和使用真實的公開水域推進數(shù)據(jù)，對于基于矩陣阻力的應(yīng)用而言，該軟件提供了一套終極 CFD 工具。
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