平板船首盖通过改善船舶空气动力学为更经济的航运铺平道路

海运占国际贸易的80%以上。它由客船、集装箱船、油轮和滚装汽车渡轮等上层建筑提供便利，使其高效且有效。然而，使航运更经济的需求一直是紧迫的。在这方面，科学家们进行了大量研究以提高船舶的空气动力学性能，这些船舶在航行时会面临来自风对水上船体(可见的船体)的巨大阻力。

最近，由芝浦工业大学系统工程与科学学院助理教授Ngoc-TamBui博士和来自河内的副教授NgoVanHe和Dr.NgoVanHien组成的国际合作研究组科技大学——模拟并比较了不同的船首(船体前部)盖板，这些盖板减少了作用在船舶上的总风阻。他们的工作发表在《海洋工程》上。

Bui教授简要解释了研究方法。“这项工作利用商业软件ANSYS-Fluent进行计算流体动力学(CFD)模拟。在此，一艘小型客船(带和不带船头盖)及其周围环境使用网格划分为数百万个元素——a数值网格。然后，“雷诺平均Navier-Stokes方程”表示每个元素的时间平均流体流动运动，使用湍流粘性模型求解。它们的综合结果产生了作用在船的水上船体上的风阻”

研究人员发现，更精细的网格可提供更准确的结果，最佳数量为2362万个元素。此外，在这项工作中测试的五个湍流粘性模型中，一个称为“分离涡流模拟(DES)k-ε”的模型产生了最低的风阻。研究人员使用最佳网格和DESk-ε模型，对七个不同长度和高度的平板形船首盖以及一个传统的流线型盖进行了CFD模拟。

“随着平板盖高度的增加，船首周围的动压区域和风阻急剧减小。2.4m高的船首盖比0.37m高的船面临的总阻力降低38.71%。这个值是类似于流线型船罩的42.41%减少，”Bui教授说。

在这项工作中，研究人员还强调了风向对船舶空气动力性能的影响。当风以与船的方向成20度角吹过时，阻力最高，与船首盖无关。此外，90°几乎为零。在更大的角度下，风阻会反转方向，从而有助于船舶的移动。

在讨论当前工作的未来潜力时，Bui教授说：“所提出的平板船首罩制造简单，几乎与流线型罩一样减少作用在船上的风阻。因此，它将提高空气动力学性能小型客船，从而在海上运输中节省更多燃油并提高经济效率。”