流体力学在船舶中的应用范文1
文章编号：1671-489X（2016）10-0043-02
2014年中央经济工作会议明确指出，现在环境承载能力已经达到或接近上限，必须顺应人民群众对良好生态环境的期待，推动形成绿色低碳循环发展新方式。作为国民经济重要产业之一的船舶产业，必须响应绿色低碳循环发展要求，积极开发新技术、转变产业发展方式，促进船舶从建造到营运、拆解整个寿命周期绿色环保。“绿色造船”是船舶产业的发展方向。
高等职业院校船舶工程技术专业的人才培养目标是具有良好的职业道德，有创新精神，团结协作，全面发展的面向各修、造船厂具备构件加工、船体装配、船体焊接、造船生产设计、生产组织与管理等理论知识和实践操作技能的高端技能型专门人才。他们是船舶行业的高技能人才后备军和主力军。因此，必须将绿色低碳理念贯穿整个教学过程，使他们成为绿色低碳循环发展的践行者。
1 绿色造船
“绿色造船”是船舶工业的发展方向，包括两方面内容。一是绿色船舶技术：绿色船舶应符合的相关标准和规范要求，应用涉及船舶的设计、能耗、污染物排放、资源消耗等。二是船舶的绿色建造：船舶的绿色建造是针对产品的整个生命周期，这个过程中包括船舶的设计、制造、使用过程以及报废处理。在整个生命周期，对于资源的消耗少，对环境的影响小，并且能够使得船舶企业获得的经济效益高，最终使得企业和自然环境双赢。
2 船舶工程技术专业教学改革
学习是一个循序渐进的过程，对于绿色造船理念的培养同样遵守循序渐进的原则，从对绿色造船的了解、认识，到对绿色造船技术的学习和设计运用，以及对绿色造船工具的运用，最后绿色造船的实践学习和知识扩充了解，等等。在船舶工程技术专业教学中根据学生学习特点和专业教育方式，把一个系统、全面的绿色造船体系渐进式地融入教学中，对原课程教学进行改善，在学习基本知识的基础上进行知识拓展和延伸，鼓励专项研究和综合运用。
把对学生“绿色造船”技术培养过程划分为三个阶段，逐次递进，即绿色船舶基础理论知识学习阶段、绿色船舶技术技能的训练阶段、专业工程实践应用阶段，形成基本技能训练、绿色船舶设计、专业工程实践的三个环节。
基本理论、方法框架的建立 绿色船舶初步认知阶段，前期重点学习建筑设计基础知识，初步了解绿色船舶基本内容，具体做法是增设绿色船舶技术课程。绿色船舶技术主要考虑能效规则，进行新能源的应用：首先是动力技术方面，主要包括低排放燃烧高效率柴油机、全面试验船上燃料电池，还致力于研究利用风能、太阳能、液化天然气等清洁能源为船舶提供动力技术；其次是减阻技术，主要采用线型优化设计、整流装置以及气膜减阻等；最后是减排技术，主要是SOx、COx、NOx洗涤塔设计研究。
在原来的专业核心课程中增加船舶绿色建造内容，船舶的绿色建造应包括绿色船舶设计、绿色制造和绿色建造模式及管理方法三个部分。绿色船舶设计技术是指在船舶的设计阶段就要考虑到船舶的后续制造过程，即要面向整个生命周期过程，进行相关绿色设计，使得在后续的相关过程中可以对资源的消耗和对环境的污染较小，从而达到绿色性的要求。绿色船舶设计是在保证船舶原有的功能，不影响使用寿命的前提下，考虑在船舶整个生命周期内的环境影响，包括可拆卸性、可回收性、循环利用的一种科学而环保的设计。
船舶产品的绿色制造，主要包括船舶的工艺规划、加工制造及装配等环节。优化船舶在制造过程中的环境友好性，控制生产过程中的“三废”即废气、废液、废物的排放，或通过“三废”处理技术，减少生产过程中对环境的影响。绿色管理包括对合理造船工艺流程的不断完善管理、针对船舶工业生产特点的船舶绿色供应链管理、绿色化造船模式管理等。
绿色船舶技术技能的训练阶段 现代造船模式中的关键技术之一是焊接技术。在船体建造中，船体建造总工时的30%～40%是焊接工时，船体建造总成本的30%～50%是焊接成本。评价造船质量的重要指标是船舶焊接质量，影响造船产量与生产成本的主要因素之一是焊接生产效率，船舶工程技术专业学生必须会焊接操作，在焊接专项技能实训中培养绿色、低碳、可持续发展的理念。如在板对接手工电弧焊实训项目中，具体教学过程是布置任务学生思考教师讲解示范学生模拟操作实践检验。在布置任务时一定要学生思考实训项目的环保问题，在教师的示范讲解中也要注意环保，在学生的操作实践中将环保问题作为考核的一个重要方面。
通过实训要让学生充分考虑环境污染、焊接能源消耗、焊接质量等问题。其中，环境污染主要是指焊接有害气体、烟雾和粉尘污染、弧光辐射、电磁污染、噪声污染等；焊接能源消耗指的是电能有效利用率问题；焊接质量主要考虑产生缺陷，如裂缝、气孔、未渗透、焊缝尺寸不合格等。在焊接技能实训中强化绿色造船意识。
专业工程实践 船舶建造过程流程：生产设计相关材料和设备的采购板和型材的加工分段装焊总段组装船体合拢下水码头栖装试验交船。在校内进行的专业工程实践是选取33 500吨散货船环形分段装焊，具体实训流程如下：
1）熟悉分段结构图纸、套料图纸及另件明细表，掌握零件切割、加工流程；
2）根据零件编码确定零件需要的加工设备以及加工方式；加工设备包括大型三辊卷板（压）机、单臂液压机、小型三辊弯板机、门式油压机、肋骨冷弯机等；加工方式包括面板加工、折边肘板加工、型材弯曲加工、板材折边加工、板材弯曲加工等；
3）根据套料切割图纸中的零件号在切割完零件上标记零件编码、组装方向（如TOP FWD PORT STB’D）、EXCESS（余量）、加工符号（如折边F、压弯B等）；
4）切割完成零件进入BUFFER区，能根据套料版图零件编码、流向和加工信息进行配送至不同的组立工位（即零件托盘流向信息）；
5）能根据零件加工图纸及样板（TEMPLATE）、样箱图对复杂零件进行成型加工；
6）根据分段施工图进行小组立、中组立装配并检验；
7）根据施工工艺完成33 500吨散货船环形分段装焊。
在实训中从环境协调性因素、经济合理性因素、技术先进性因素三方面进行绿色建造技能的培养。首先，环境协调性因素考虑能源类型、能源利用率、能源消耗弹性系数，材料的利用率、设备配置，“三废”的排放，工作强度劳动定员、事故率、职业病、工作环境防尘防毒。其次，经济合理性因素考虑材料利用率、能源利用率、装焊场地及分段堆场的配置、焊接设备及起运设备配置、人工成本、环境成本。最后，技术先进性因素考虑技术水平、测量与精度控制、生产方式、管理水平。
流体力学在船舶中的应用范文2
关键词：LNG船舶 引航 船舶操纵 靠离泊技术
LNG是一种清洁绿色能源，同时也是一种战略性资源。进口LNG，对我国发展国民经济、调整能源结构、改善环境质量、促进经济与环境协调发展均具有重要意义。但是LNG同时又是一种运输、储备中风险值极高的产品，水路运输LNG的船舶由于其特别要求的造船工艺使得目前在国内造船厂中仅有一家能够生产，通过充分认识LNG和LNG船舶的特性，对LNG船舶的引航才能在思想上高度重视，在引航行动中具体落实。
LNG为液化石油天然气的简称，LNG除了具有和原油相似的危险性外，还有着其特殊的危险性，而低温是它的主要危险特征。这主要表现在低温条件下它不仅对人体造成危害，还能给船体、港口及其设备形成损害。所以，对LNG船舶安全性能的要求比油轮和其它一些化学品船要高得多。LNG海上运输的历史并不久远，鉴于LNG的低温、低密度、易汽化、易燃爆等特性，其运营风险很大，所以对LNG船的设计建造要求很高，是国际上公认的高技术、高难度、高附加值产品。
大型LNG船的操纵特性：大型LNG船的盲区大，了望困难，避让时受可航水域影响较大；吃水深、干舷高、船型宽，受风流影响比其它船型更加明显；船舶质量大、惯性大，冲程长，旋回半径大，操纵性较差；舵效较差，淌航中丧失舵效的时机较早，转向较为困难，需用大舵角加车方可克服；具有汽轮机停车和翻车时间长的特点。
1.国家行业标准对码头、泊位布置的要求
（1）泊位布置要求：LNG泊位与LPG泊位以外的其它货类泊位的船舶净距不应小于400m。LNG船舶在港系泊时，其它通行船舶与LNG船舶的净距不应小于150m。
（2）码头水域：回旋水域的回旋直径不应小于2倍设计船长。受水流影响较大的港口，应加长沿水流方向的长度至少不小于2.5倍设计船长，使回旋水域呈椭圆形布置。回旋水域的设计水深不应小于码头前沿设计水深。
2.国家行业标准对LNG码头作业相关技术安全要求
（1）LNG码头装卸作业警戒：LNG船舶装卸作业时，应有一艘警戒船和一艘消拖两用船值守。
（2）作业条件：液化天然气船舶在作业过程中的各个阶段，其允许的风速、波高、能见度和流速应符合“液化天然气船舶作业条件标准”的规定，见表1。
在港系泊作业超过标准限值时，液化天然气船应紧急离泊。
3.国家行业标准对LNG船舶锚地的要求
LNG船舶应设置专用锚地，锚地与液化码头和其它锚地的安全净距应大于1000m。每次锚泊前须经申请审批。
4.国家行业标准对LNG船舶所需协助拖轮方面的要求
（1）港作拖轮在协助LNG船舶靠离泊时的要求；
（2）LNG船舶靠泊和离泊时，宜配备全回转（Z型）拖轮协助作业；
（3）LNG船舶靠泊时，应配备至少3艘拖轮协助作业；
（4）LNG船舶离泊时，应配备至少2艘拖轮协助作业；
（5）每艘拖轮的最小功率不应小于2200KW。
5.国家行业标准对LNG船舶进出港航道技术安全要求
（1）进出港航道，在有交通管制条件下可与其它船舶共用。
（2）在进出港航道航行时，其前方应有海事巡逻艇清道护航，后方应有消拖两用船护航。
（3）当液化天然气船舶在进出港航道航行时，除护航船舶外，其前后各1n mile 范围内不得有其它船舶航行。
（4）液化天然气码头人工进出港航道可按单向航道设计，航道有效宽度应按《海港总平面设计规范》(JTJ211)的有关规定确定，且不应小于5 倍设计船宽。
（5）液化天然气船舶在双向航道如需与其它船舶交会，航道有效宽度应通过专项论证确定。
6.对操作人员的要求
LNG船舶在港内安全航行和靠离泊，虽然受到多种因素的影响，但操作人员作为主体，他们的状态好坏直接影响到船舶和港口的安全。为使LNG船舶安全进出港口，需要对操纵人员的经验及航海知识及其身体的疲劳程度加以评估，确保LNG船舶操纵人员能够经验丰富，精力充沛。只有这样，LNG船舶的航行和靠离泊的安全才能得到保证。
6.1具体操作方法
（1）引航员选取：对多年来安全记录优秀的持有一级或以上引航员等级证书的引航员进行梳理由引航站技术评估委员会进行评估，从中录优选取一定数量的引航员组成LNG船舶引航小组。
（2）引航员培训：对引航员进行LNG和LNG船舶的理论知识培训，使他们了解LNG本身的特性和装卸操作流程以及LNG船舶的特性，特别是对其中的危险性和危害性的认知，使得引航员在实际操作中始终能够慎之又慎。
（3）组织引航员对初次投产的LNG码头现场进行考察，了解码头设施的情况，进一步了解码头设施情况以及码头边风、流、水深等影响因素的情况。与码头管理方进行沟通，交换看法，解决可能存在的问题，消除安全隐患。
（4）模拟操纵：组织引航员去国内、外专门培训机构对LNG船舶尤其是对即将来港LNG船型进行模拟操纵。选取常见的风况、流况、浪况以及水深等环境工况，按照实际操纵模式和时间在模拟器中进行操纵，通过模拟操纵试验大致了解LNG船舶的性能。
（5）轮流选派LNG船舶引航小组人员上船，用以老带新的办法使引航员上船实地获取感性认识，进一步加深了解LNG船舶的操纵特性，积累经验，为自己下一次实际引航打下坚实的基础。
（6）预先为引航员配备符合相关规定的防爆型对讲机和手机；防静电服装、手套和工作鞋，以保证港区、船舶和人命的安全。要求LNG码头提供最新的港区的水深蓝图，以保证航行安全。
精心编制引航计划，确定引航人选。本着兼顾企业经济利益和港口安全的原则确定引航路线。确定引航时间，应综合考虑水文气象、船舶交通流等影响船舶安全的因素，选取最合适的时间进行进出港。
6.2LNG船舶航行靠离泊条件
（1）LNG船舶作业仅限于白天；
（2）能见度大于1.5海里；
（3）风力不大于14m/s；
（4）流速小于2.5节（靠离泊时）；
（5）浪高小于1.5m；
（6）水深富裕量至少为船舶最大吃水的12%。
严格执行恶劣天气禁止作业和低能见度禁止船舶进出港的操作规定。确定协助拖轮，根据相关行业标准，计算所需拖轮马力，配备足够数量的协助拖轮。确定海事部门保障方案，相关部门应加强联系，有条件地进行交通管制，确保海事巡逻艇、VTS对LNG船舶的监控和支持。严格管理在港相关船舶的航行状态，特别是不允许其它船舶在LNG船舶航行的进路上近距离横越。LNG船舶进港时禁止其它船舶在同一航道航行，赋予LNG船舶一定的进港优先权。VTS应按照LNG船舶的航行要求在其进路上提前创造一个良好的通航环境，会同护航巡逻艇及时消除安全隐患。
6.3航行注意事项
（1）加强了望，控制编队船位。在引航过程中，应使用一切有效手段保持不间断的正规了望，尤其应使用防爆型VHF或手机与拖轮、巡逻艇、调度员、码头保持联系，提前获取航道、船舶动态等信息，早作打算，确保安全。同时应根据雷达、GPS等多种手段正确判断船位，配好风流压差，始终使编队走在合适的计划航路上。
（2）控制LNG船舶在航道内航行速度。即要保证船舶有合适的排出流而操作灵活，又要保证船舶形成的追击浪没有对其周围其它船舶构成威胁，还要充分考虑LNG船舶在航行中的下沉量，以及受风情况下横倾引起的吃水变化，保证合适的船底下水深富裕量，以免发生拖底、搁浅事故的发生。
（3）及时准确判断碰撞危险，及早采取合理的避让措施。LNG船舶航行时，应合理配置巡逻艇和拖轮的位置，一般应配备至少两艘巡逻艇进行清道护航，一艘在前清道，一艘断后护航，距离在前后0.5~1海里左右，形成LNG船舶编队，其它船舶不得在编队中穿越，消拖两用拖轮应在周围伴航，以策不时之需。在引航过程中，应及时利用各种方法包括使用助航仪器及时准确判断碰撞危险，及早采取措施，确保足够的最近会遇距离。
（4）加强团队合作，充分利用驾驶台资源管理。引航员应与船长充分沟通，认真听取船长对本船的介绍，互通有无，并充分利用驾驶台资源，加强团队合作，共同保障船舶安全。
6.4靠泊注意事项
（1）靠泊原则，原则上，无流港口迎风靠泊；有流港口顶流靠泊；有风有流则视风、流大小而定。
（2）协靠拖轮注意事项，靠泊前应及早带妥拖轮，通常应在靠泊前半小时带妥拖轮，第一次协助LNG船的拖轮应更早带拖轮，以防在带拖轮环节中缺少默契，浪费时间。在拖轮协助的过程中，注意带拖轮位置对拖作的影响，注意拖轮协助时产生的负面影响，及时提醒和校正。在跟拖轮的联系中应注意使拖轮同时开启备用频道，以免靠泊频道被其他船舶高功率抑制导致通讯不畅的危险局面。
（3）靠泊时应注意余速和横距的控制，靠泊时应充分考虑到LNG船舶汽轮机主机减速慢、换向慢、倒车马力小的特点。通常接近泊位时应控制在2节速度以内，通常距泊位1倍船长时，对地余速应控制在1.0 节以内LNG船舶停车舵效差，应注意指挥拖轮调节船舶状态。在接近泊位2倍船宽时，应注意调小靠泊角度，控制在5度以内。靠拢泊位时，应严格控制船舶的靠泊角度和法向靠泊速度，靠泊角控制在3度以内，靠泊法向速度控制在8cm/s左右。
（4）掉头靠泊时应注意控制速度，及早减速，摆好船位。通过先掉头再靠泊两步走的方式进行，禁止边掉头边靠泊的方式，掉好头后还需与码头保持一定的安全距离。调头靠泊前应注意观测江面交通情况，及早联系过往船舶在VTS和现场巡逻艇的协助下找好掉头水域和时机。掉头时，应带妥拖轮，在拖轮的协助下通过观测船舶转向的快慢及旋回圈的大小及时调整船位。
（5）离泊原则，通常应根据现场风流情况选择顶风或顶流离泊。离泊前，应注意核实各航行相关设备处于完好备用状态，应和巡逻艇、VTS取得联系，等码头附近水域清爽后方可离泊。离泊时，应及时收清缆绳，方可让拖轮起拖离泊。
（6）应急措施，LNG船舶在港活动过程中，由于自身或它船设备故障、操作失误以及不可抗力自然灾害等原因，可能导致船舶诸如碰撞、搁浅、泄漏或环境损害等意外事故的发生。为此，各引航机构应针对各种应急情况编制应急计划以利于现场引航员采取正确的应急措施。引航员应急结束后应提交相关报告，提供相关资料，并总结经验吸取教训，防止类似事故发生，使制定的应急措施更加完善。
LNG船舶的引航，需要引航机构准备充分，采取特别的安全措施，与包括海事、码头、拖轮方等多方合作，谨慎操作，精心引领才能确保LNG船舶的引航安全。
参考文献：
[1]邹红兵，张宝刚，甘浪雄.LNG船进出深圳西部公用航道适应性研究[J].航海技术，2011（5）
[2]陆志材.船舶操纵[M].大连海事大学出版社，2006
流体力学在船舶中的应用范文3
关键词：内河船舶；数值模拟；FLUENT；VOF；船舶阻力
引言
在船舶设计时，对船舶阻力与船体的粘性绕流的预报要求较高。而船舶阻力分为粘性阻力和兴波阻力。粘性阻力是由水的粘性引起，兴波阻力是由于自由面的存在及重力作用而产生[1]。粘性流动和自由液面的计算以前长期是分开考虑的，即用势流理论方法处理自由面，而用求解RANS方程来计算船的粘性边界层。这种分离方法没有考虑到自由面对粘性的影响。这是因为自由面的存在让流动计算变得困难，由于自由面既是求解的必要条件，又因其形状和位置并非提前知道，而是在求解过程得到[2]。随着计算流体力学的快速发展，数值模拟成为船舶领域一种有效的研究手段，船体绕流是一种高雷诺数的湍流，虽然瞬时的N-S方程可以用于描述湍流，但这个方程的非线性使得用解析的方法精确描述其全部细节非常困难。湍流模拟是计算流体力学（CFD）的关键内容之一[3]。本文是用计算流体力学软件FLUENT对船体绕流和阻力进行数值模拟和计算，并对结果进行了分析。
二、内河船舶的模拟计算
2.1创建模型
GAMBIT作为FLUENT的前处理软件，具有良好的三维建模能力。为了能真实的模拟真实的船模，本文选用23根肋骨型线建立船模。建模要经过多次的试建和反复修改。特别是为了得到较高的网格质量，提高精度。有必要对船模进行一些必要的简化和分割。模型如图2.1：
2.2设置控制域
建好模型后，要选择合适的控制域。本文采用的控制域为长方体。长、宽、高分别为351.8m、89.32m、6.08m。船首距离来流入口1倍船长，船尾距离流体出口3倍船长，坐标圆点距离横向流体控制域边界11.06m。在有自由液面的计算中因为要引入空气，该部分区域在垂直方向上流体的自由液面距离控制体顶部边界为3.4m。
2.3生成网格
在GAMBIT里划分网格，按线、面、体的顺序一步一步的划分。本文先直接划分船体表面，然后再把船体周围六个需要加密网格的面划分，然后生成体网格，最后用cooper的方法扫描其他五个体网格。由于计算的对象是船体，所以船体的网格质量和大小至关重要，它的质量好坏直接影响计算收敛性。划分情况如图2.3：
2.4边界条件
船首来流方向指向X轴负方向，对入口处3.4米以下是水流入口在该处把其设为速度入口（velocity inlet）。船尾3.4米以下控制域出口处设为自由出流边界（outflow），船体上表面所在的控制域及船首尾3.4米以上部分均设为空气压力入口。
2.5计算结果与分析
表2.5.1 阻力和阻力系数
与模型试验比较，数值模拟有着很大的好处，它既能得出所需的各种力（矩）及其相对应的系数，又能给出流场的流动情况例如动静压力分布情况、速度矢量情况等。对这些情况进行分析可以为船舶设计，运行提供参考。本船流场图如下：
由于水里兴起波浪，使静压的分布紧随波形改变而改变，如图2.5.3所示。由于水流粘性的作用流速从船首向船尾慢慢减小，以致动压也减小，如图2.5.4所示。
三、结语
本文以计算流体力学理论为基础， 以连续性方程和N-S方程为控制方程对内河船舶阻力和周围流场进行了数值模拟和分析，与物理模型试验比较， 方便高效， 无尺度效应， 费用较少。可以为具有自由液面的船舶在阻力方面的研究提供一些参考。
参考文献：
[1]王福军.计算流体动力学分析-CFD 软件原理与应用.北京：清华大学出版社，2004.
流体力学在船舶中的应用范文4
关键词：浅水航行 船舶下沉量 研究
在我国境内，港口和内河航道存在一个问题：水深不足，所以船舶在航行的时候会常常引发浅水效应。当产生浅水效应时，船舶的安全操纵受到较大的影响。所以，本文针对船舶浅水航行的下沉量进行了分析和研究，可为船舶驾驶员的浅水区操纵船舶提供一定的参考价值。
1.船舶下沉量
当船舶处于浅水区并且速度也较高的情况下，船舶需要尽力规避船体下沉而导致的搁浅的情况发生。一旦船速降下来后，船的方向可能发生变化，水的压力也会相应减小。为了实现船舶重力跟水浮力这两者之间的平衡，船舶会发生整体垂直下沉的现象。与此同时，船体在水下的肥瘦程度存在差异性，这些情况都会使船舶纵倾发生一定的改变。对船舶下沉量产生影响的一些因素包括了以下几个方面。①船舶的对地速度。通常而言，船舶的下沉量跟船的航速的平方是正比例关系，当船速增加时，船的下沉量也会增加。②方形系数。当方形系数增大，船舶的下沉量也会相应地增大。一般而言，油船的下沉量跟客船比较起来要大一些。③水深和船舶吃水比。一般情况下，如果水深跟吃水比之间的比值在[1.5，2.0]之间，那么，可以这么认为，下沉量对船舶的安全不会产生威胁。④航道地形。具体而言，主要也分为三种：开敞航道，受限航道和运河。⑤船舶会遇或超越。针对该影响因素对船舶下沉量的影响的文献不多。在上个世纪八十年代之初，Dand针对船舶会遇和超越于下沉量的关系进行了研究，最后得出结论：会遇和超越过程中船首下沉量会增加一半或一倍。
2.船舶下沉量的测量原理
真实测量下沉量是确定船舶富余水深标准的非常重要的一个环节。对于船体下沉量的计算，当前主要有两种方法：一种是理论计算法，该方法主要包括通过一维理论推出的方法以及根据细长体理论得到的方法，另外一种就是经验计算法，该方法通过模型和实船的试验结果分析总结得到。对于大型商船来讲，船舶在船艏具有最大下沉量，所以，一般情况下，只需要知道船艏下沉量，就可以确定下沉量的实际数值。
船舶在航行的过程中，船艏会发生下沉的现象，因而其吃水量会有所增加，在这种情况下，船舶艏部至水面的垂直距离会缩短。船艏到水面的垂直距离会发生改变，通过测量这种距离的变化可求算得到不同船速状态下的船舶下沉量。由于船艏下沉而引起的吃水增加量的变化是长时间的，同时，增量的变化速度是惊人的。因此，为了测量出真实的船舶下沉量数值，收集高动态的测量数据最为关键。船舶的航速和船舶的尺度是影响船舶下沉量的重要因素，其中比较关键的因素是船舶的航速。此外，另一个较为关键的因素是水深，下沉量随着水深的变小而变大，这两者成反比关系。通过研究船舶富余水深，我们发现，当水深跟吃水的比例为1.1：1.0的时候，该状态是一种极限。原因在于，在船舶的形状不发生改变的情况下，船舶开始下沉，通过测量船艏距离水面的减少量，可以得到船艏的下沉量。对船舶下沉量测定必须包括以下四个方面的物理量：①船艏到水面距离；②船舶航速；③船舶位置；④龙骨下水深高度。另外，船舶升沉和摇荡产生的船舶吃水变化以及海浪对于测得的船舶下沉量数值有一定的影响。然而，对于港内航行的船舶来说，这些并非关键因素，其影响变化的随机性较大，可借助数学平差方法来妥善解决。
3.船舶下沉量的计算方法
通常情况下，如果水深比吃水的七倍要小时，就会发生船体下沉；当水深逐渐减少，水深是吃水的2.5倍的时候，下沉现象会变得很明显。在船型和吃水固定不变的情况下，下沉量跟航速的平方是正比例关系，船舶航速是影响船舶下沉量最为关键的因素。浅水可分为两种区域，一种是敞开水域，另外一种是限制航道。在敞开水域，我们只需考虑水深，然而在限制航道中，分析水深影响的同时，航道宽度也是不可忽略的因素。船舶处于限制航道中，其下沉量会变得更大。致使该现象的原因的分析方法有很多，其中一个比较方便的方法是使用流体力学的运动转换原理作分析。当船舶在水中行驶速度不变时，一定速度的水流过静止的船体与其有着同样的效果。这表明，船舶在水中前行就相当于船舶静止时水流以与船舶运动相反方向的速度从船舶周围流动。在船舶到达浅水区时，船体周围区域的截面积会减小，流体流速相应增加，流体压力也减小。进而导致船舶下沉，甚至发生船舶触底的事故。详细而言，可根据下列流体的连续性方程分析。
根据流体力学的伯努利方程：
在这个公式中，ρ为流体密度，P为静压力，υ为流体速度 h为水深，constant表示常数。根据式子中可得到式子（2）
根据相同的原理，当船舶在运河中航行时，除了可能导致船体下沉事故之外，船舶两侧水流还可能导致水流发生回流，从而形成一定的压力差，导致岸吸现象的发生，更为严重的情况是，一旦船体偏离了原来的航道，就会使得船舶跟河堤发生碰撞事故。所以，为了避免这种事故的发生，我们要计算并分析船舶在不同航速和装载状态下的下沉量，并判断船体是否会触底，进而有效降低船体和螺旋桨发生损坏的几率。另外，可以依据航道的特征，分析并计算船舶的安全行驶速度，这样才能最大程度上保障船舶在航行过程中的安全。
4.浅水区安全操船的措施
4.1减小船舶行驶速度
当主机功率P固定不变且船舶航行于浅水区域时，随着阻力的增加，船舶的航速也会随之降低。如果要让船舶维持原速度不变，那么就需要增加主机功率的大小。然而，在这种情况下，不仅会耗费更多的燃料，还会增加主机的磨损量，对于提升航速而言没有实际价值。在这种情况下，如果可以降低航速就尽量降低，因为这样不但可以节省燃料，还能使机器不受到损坏。除外，当船舶到达浅水区域时，吃水量增加，船速越高，吃水量的增幅越大。如果在这个适合降低船速，就能减小船舶碰擦河底的事故发生的几率。
4.2对船舶进行测深
对船舶的富余水深进行测量，对于探测航路，保障船舶安全行驶的非常有必要的。具体测量方法就是：测量船舶航行于最深位置的富余水深。
4.3尽力提高舵效
船舶在浅水区行驶时，其舵效比较差，容易产生对航行不利的影响。因此，在对船舶进行操作时，就要注意以下事项：用舵要提前转舵，及早回舵，使用的舵角应较大。
4.4备锚
备锚的作用是预防船舶在浅水区的失控、倒头等危险局面。当舵效较低或者跑舵时，可通过备锚有效改善这种危险局面。
4.5保持船舶具有适当的尾纵倾
当运输船处于航行状态时，船舶的首部的吃水增加幅度是比较大的。所以，为了保障运输船的行驶安全系数，就需要在船舶启动之前就保持适当的尾纵倾。
流体力学在船舶中的应用范文5
[关键词]船舶工业 信息化 措施
中图分类号：TG103 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0373-01
引言
船舶行业信息化是我国科技创新的重要组成部分，随着我国造船模式的改变以及数字化造船的趋势，在船舶工业中对信息化有了更高的要求，造船工业信息化在改善船舶技术研发流程、提高研发效率中具有十分重要的意义。而在面对国际船舶市场猛烈的竞争，我国必须伴不断加强信息化在船舶工业中的应用，让各项先进技术与先进管理模式逐渐渗透到船舶领域的各个方面，全面提高我国在国际船舶市场的竞争力。
一、船舶工业信息化存在的问题
1、与国外发达的船舶工业信息化相比，目前我国在船舶工业信息化方面还存在着比较大差距，这主要表现在：1）信息化科技自主创新能力比较低，很多高新技术的船舶都要依赖国外的技术，在软件上我国主要依赖进口。2）能源方面资源消耗较高。3）近年来我国造船能力扩张加快，在信息技术方面还远远跟不上，研发人员、高素质技工人才严重缺乏。
2、在我国多数船舶企业在初期的信息化建设中缺乏信息化整体战略的考虑，政府相关政策还不够完善。船舶企业承载着由传统造船模式向信息化造船模式转变的巨大压力。多年来，因为多数船舶企业在信息化初期建设中缺乏对信息化整体战略的考虑，各系统平台、信息模型有异，加上我国船舶工业生产的最大特点是以单件小批量制造船舶，这导致了船舶信息的流通不顺畅、其一致性得不到保证、难以推行，这样就很大程度地妨碍了我国船舶信息化的整体效益。
3、我国船舶行业信息化技术运用能力较弱，由于我国船舶工业信息化建设大多采用国外先进的软件，而国外造船的模式与我国国情不一致，再加上缺乏技术和人才储备，国内船舶企业二次开发能力普遍不足，一定程度上造成企业的设计、生产、管理无法集成，制约了信息化应用效果的充分发挥。
4、目前由于我国船舶行业所需的零件数量大，而国内船舶零部件等相关基础数据的标准化程度低，同时也缺乏真正可以执行的行业统一编码，让各船舶企业之间及内部本身很难做到信息共享与集成。这就使得船舶企业难以作出科学的优化决策，而导致企业的各项生产经营活动达不到各生产要素精确配置的目的，从而增加了船舶工业的经济成本。
二、措施
在船舶工业中，我们可以通过导航与航海信息来实现最优的航线设计，提高船舶自动化设备管理水平，降低备件损耗，减少因修船造成的船舶滞航期。
1、对我国舶工业信息化建设进行统筹规划，船舶信息化建设必须实行全面统筹、总体规划、重点突破、分步实施的方针。近年来，船舶工业信息化建设走入了分散实施的局面，虽然推动了厂所计算机应用水平，但难以最终实现中国船舶工业整体信息化建设目标。政府在船舶信息化建设的规划与资金等方面予以支持，实行重点突破，令船舶综合信息与技术资源共享系统、数字化船舶设计和建造体系、船舶性能结构研究、设备材料供应链等完整的信息化体系，达到全面提升我国船舶工业信息化的总体水平。
2、当前我国信息化水平正逐步提高，船舶工业应抓住这个好机会，科学实施船舶工业信息化建设工程，要做到坚持以中国船舶工业为整体对象实施信息建设目标，我国船舶工业信息化如果要长期依靠外部技术力量支撑是不可行的，因此，我们要组织培养一批有专业素养的信息技术开发队伍，在不断吸收、学习国外先进技术的同时，结合本国国情，对其进行再次开发改进，从而研究出适合本国船舶工业信息化发展的技术及有效方案，以确保船舶工业信息系统的实施及发展。同时，在此过程中必须抓住信息集成与系统集成的关键点，突破异构数据集成技术、共享数据库软件接口技术以及各类自动化装备信息研究等，实现船舶工业全面信息数据的整体集成。
3、在船舶工业信息系统设计与开发过程中，开展信息标准化研究是推进造船行业信息技术应用以及实现信息互通和系统集成的重要途径。信息标准化研究包含信息编码的标准化；业务流程和信息交换接口的标准化；数据结构、数据表达、存取方法的标准化。同时，加强船舶信息化标准规范的制订与执行，要完善系统运行所需的编码、工艺路线、物料部件库和生产作业规范等制造数据库以此减少船舶工业的集成成本。
4、在进行船舶工业信息化进程的过程中必须使得船舶产业信息技术创新与社会服务体系完善，加强科技研发投入力度，在船舶主干企业中成立船舶产业的信息技术研发中心，使船舶产品数据管理技术可以应用到船舶工业的各个方面，构建顶级的船舶产品数据管理平台，根据船舶产品设计与其建造的特性与不同的阶段，按照不同的方式设计资源，实现船舶信息与管理一体化。
三、结语
随着我国船舶工业的进步与发展，对于先进信息技术的应用也越来越依赖，为了实现降低船舶工业的成本及全面信息化，应该加大信息化的投入、提高信息化建设的技术水平，让船舶工业逐步向信息集成系统发展。
参考文献
[1] 蒋华.船舶企业信息化建设的现状及对策的探讨[J].科技资讯，2008年03期.
流体力学在船舶中的应用范文6
本文从船舶电力系统的实际组成和运行出发具体论述船舶电力系统的稳定性如何判定和增强。并利用数学建模对船舶电力系统的稳定性加以分析。
【关键词】船舶 电力系统 稳定性
1 船舶电力系统的组成和运行方式
由于海上运输不仅运量大，运费也低，是很多货物运输的主要方式。也是国家进出口运输的主要方式。而船舶自然是海上运输的主要交通工具，所以，船舶的电力系统的发展直接影响着海上运输的安全性和稳定性。船舶电力系统是船舶运行系统的重要组成部分，也是船舶电力系统稳定运行的主要研究对象。所以对船舶电力系统的组成方式的研究是船舶电力系统稳定性的研究基础。下面笔者就重点介绍船舶电力系统的组成和运行方式。
1.1 船舶电力系统的组成
一般来看，船舶电力系统是由电源、配电装置、电网和负载构成。这几项元素是电力系统电能的供应、分配、传输与消耗的总体使用设备。分别来说，电源装置主要提供电量的供给，一般采用发电机或电池组。发电机一般采用蒸汽发电机、柴油发电机等。而就目前的发展来看，大型船的电源装置都采用混合发电机，同时可以利用蒸汽发电机和柴油发电机。配电装置主要负责电力的分配和控制，利用适当的程序设计对不同用电设备予以分类，最终达到合理用电的目的。电网是将所有用电设备利用电缆予以连接，最终形成电路网，电路网主要是电力输送的媒介。负载结构主要是变压器等电力的输送中间设备，为保证安全送电而设置的具体结构。
1.2 船舶电力系统的运行方式
船舶电力系统是一个小型独立电网。因为船舶在海上航行过程中对电力的补充是靠发电机的自行运行。而且，一般一个船舶只有一个电站，电网的容量相对于负载来说又是有限的。在大功率负载起动后，冲击电流将引起电网电压的波动，所以船舶电力系统在具体运行中应该注重调节发电机的电压或电网的输送频率，以达到安全用电的最终目的。
2 船舶电力系统的传统算法和电网层次分析
随着现代船舶的体积和载重量逐渐变大，而其自动化能力逐渐增强，船舶电力系统的容量也需要不断的增加。在评测船舶电力系统稳定性时，应该对船舶电力系统的动态特征与静态特征加以分析。所以说对船舶电力系统的传统算法的研究也是凸显船舶电网系统运行特征的主要方式。
2.1 船舶电力系统的算法特点
船舶电网主要利用辐射型配电方式，也就是说从任何一个定母线到源点都有且只有一条通路，与陆地配电方式存在着显著的差异。在参数方面船舶电力系统的参数电阻与电抗比值较大，与陆地配电方式相反。由于船舶电力系统中R/X的值较大，对传统的解耦方式有所影响，所以船舶电力系统的算法必须注重收敛性，保证传统解耦法的使用。
2.2 对船舶电网的分析主要是利用树图方式分析
利用二叉树的形式进行具体的布置。然后利用电气节点和支路进行分层排列，在分层之后再根据所有电气节点进行编号记录。
3 船舶电力系统的稳定性分析和稳定性建模
根据上文对船舶电力系统的分析，可以发现船舶电力系统的稳定性主要分为静态稳定性和动态稳定性两种。静态稳定性主要是在受到小型干扰后，电力系统可以迅速恢复状态，也就是长期自我控制的稳定性。而动态稳定性主要是对电力系统的即时稳定性进行探讨和研究，也就是说在某一个特定的干扰后，电力系统可以暂时性的进行新的稳定状态，与原始稳定状态稍有不同。这种稳定是动态稳定。下面笔者就稳定性的原因和建模进行具体分析。
3.1 影响船舶电力系统稳定性的主要原因
负载变化会对电力系统稳定性造成较大影响，比如突然之间投入锚机、舵机的使用，会瞬间增加固有电流的承载力，从而导致电网的负担过重，影响电力系统的稳定。船舶电力系统的短路也会影响电力系统的稳定，这是因为船舶电力系统的短路会产生比正常过载还要大的短路电流，严重影响船舶电力系统的运行。
3.2 船舶电力系统的建模
船舶电力系统的核心主要是发电机以及励磁系统、电网与负载等。所以对船舶电力系统的建模要围绕着发电机这一核心对船舶电力系统的稳定性统一研究。所以首先要对发电机运行过程中电流的传输进行数学建模。根据研究发现，同步发电机电流建模方式如下所示：
同步发电机的励磁系统也属于发电系统的核心部分。所以对励磁系统模型也需要加以建模研究，具体公式如下所示：
其中，Ur为励磁装置的输出电压，Ud为d轴端电压，Uq为发电机q轴端电压，K为9 /π，x为移相电抗。
根据对船舶电力系统的研究发现，保证其稳定性具有较重要的意义。所以本文主要为避免船舶电力系统产生较大波动，提出以下解决方案。第一、对负载进行分级起动，根据负载的重要性进行分级起动可以保证船舶电力系统的静态稳定性，避免由于一次性负载过大对电网造成较大的破坏。第二、遇到故障时，发电机快速励磁。当系统发生故障，发电机电压较低时可以采取强行励磁提高发电机的电势能，提高系统的动态稳定性。
4 结语
本文从船舶电力系统的特点出发，结合电力系统的管理方案具体论述了船舶电力系统的稳定性。并根据稳定性进行数学建模加以研究。最后笔者提出利用分级起动维持船舶电力系统的静态稳定，用发电机快速励磁提高系统的动态稳定性，为船舶电力系统的研究提供了新的发展方向。
参考文献
[1] 孟杰.船舶电力系统的非线性鲁棒控制研究[D].哈尔滨工程大学，2011.
[2] 王浩亮.船舶电力系统稳定性研究[D].大连海事大学，2010.
