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公司基本資料信息
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為了節(jié)省燃料,，國際條例要求船舶在未來大幅提高能源效率。借助于前沿的流動模擬軟件,，西門子正在幫助船舶制造商實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),。
說到夏日航行，人們會想到陽光,、藍(lán)天和愜意的海風(fēng),。但是他們常常忘記，目前正在運(yùn)行的約7萬艘商用船和游輪正在消耗重質(zhì)燃油,，加劇著全球的空氣污染,。此外，許多船只效率不高,，需要消耗較多不潔燃料,。因此，總部設(shè)于倫敦的國際海事組織根據(jù)現(xiàn)行規(guī)定提出要求,，2025年起建造的新船必須比2014年之前建造的船只能源效率提高至少30%,。
如何在短短幾年內(nèi)將船舶的燃料消耗減少近1/3？諾伯特·布爾登（Norbert Bulten）深諳其道,?！按暗脑O(shè)計起著至關(guān)重要的作用，尤其是驅(qū)動系統(tǒng),、螺旋槳,、傳動裝置，以及圍繞船舵和螺旋槳的水流,。”他解釋道。布爾登是船用技術(shù)企業(yè)瓦錫蘭集團(tuán)（W?rtsil?）的產(chǎn)品性能經(jīng)理,，在過去的20年中一直致力于優(yōu)化驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計,。從一開始，他便運(yùn)用計算機(jī)以及西門子的軟件進(jìn)行流量計算,。這種計算被稱為計算流體動力學(xué)（CFD）,。簡單來說，CFD能夠確定船舶的驅(qū)動系統(tǒng)是否能在船體周圍形成*佳水流,，是否存在阻力,，以及發(fā)動機(jī)動力是否有效轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力。現(xiàn)在瓦錫蘭用于CFD的軟件平臺是來自西門子的Simcenter STAR-CCM+,。
螺旋槳的設(shè)計借助了西門子NX平臺上的CAD程序。之后,，計算機(jī)使用流動模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)在設(shè)計過程中提高船只能源效率,。
布爾頓介紹道，僅在20年前,，航運(yùn)公司還對CFD缺乏信心,。“幾十年來,，我們行業(yè)的公司一直依賴于在水槽中進(jìn)行測試,。船模在水中拖動行進(jìn)，以此測試船舶設(shè)計的好壞,?！逼鸪酰紶栴D和他的團(tuán)隊只對單獨(dú)部件進(jìn)行數(shù)據(jù)測算,，例如螺旋槳及其周圍環(huán)境,。不過，他已經(jīng)多次證明,，CFD在測試階段也可以做出很大貢獻(xiàn),。例如，對于那些還在建造中就已顯示出流動阻力增長的船只,，它可以對其進(jìn)行改善,。利用CFD技術(shù)，只需對設(shè)計進(jìn)行細(xì)微調(diào)整,，并且當(dāng)船只還在干船塢時就對其進(jìn)行相應(yīng)的再焊接,。僅幾天的調(diào)試工作就可使船只達(dá)到完備狀態(tài)?！氨M管如此,，這些公司很長一段時間仍然對CFD持保留意見,。”Bulten說道,。不過,，情況迅速發(fā)生了改變。如今,，CFD已經(jīng)被用于按照實(shí)際比例對船舶進(jìn)行整體設(shè)計,。“僅需一臺計算機(jī),，就可以再現(xiàn)一艘大船在水中運(yùn)行的真實(shí)表現(xiàn),。這讓我們能夠全面了解流量特性?！逼渲?，螺旋槳的設(shè)計起著關(guān)鍵作用?！芭c汽車制造不同,，每艘船的獨(dú)特性要求我們必須為它定制開發(fā)*優(yōu)化的螺旋槳。設(shè)計這種螺旋槳是一門藝術(shù),?！甭菪龢墙柚鏖T子NX平臺上的CAD程序設(shè)計而成。接著,，計算機(jī)使用CAD在設(shè)計中提升船舶的能源效率,。
來自馬士基集團(tuán)的“艾瑪·馬士基號”：2006年下水時,，這艘400米的巨輪是有史以來*大的集裝箱船。它的瓦錫蘭發(fā)動機(jī)是世界上*強(qiáng)大的往復(fù)式發(fā)動機(jī)之一,。
船舶技術(shù)專家：來自美國瓦錫蘭公司的諾伯特·布爾頓。
來自芬蘭渡輪公司維京游輪（Viking Line）的“Viking Grace號”客輪,。
“Viking Grace號”客輪發(fā)動機(jī)艙內(nèi)部的瓦錫蘭發(fā)動機(jī),。
這種個性化的計算程序?qū)τ诖暗母脑焱瑯泳哂袃r值,。受到2008年經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，航運(yùn)行業(yè)開始采取降低大型集裝箱船運(yùn)行速度的方法來節(jié)省燃油,。他們將速度從之前的28海里/小時降低到20海里/小時,。然而，在低速運(yùn)行時,，配備有六個槳葉和巨大表面的傳統(tǒng)螺旋槳效率較低,?！拔覀?終說服了船舶運(yùn)營商使用裝配有四個槳葉和較小表面的新型窄螺旋槳，同時使用CFD來調(diào)整每艘船的螺旋槳設(shè)計,。日積月累,，這種改造使船廠能夠在幾年內(nèi)節(jié)省大量燃料?！辈紶栴D說。
可觀的可靠性
近幾年來,，布爾頓成績斐然,，這要?dú)w功于他計算真實(shí)尺寸船舶效率的能力。布爾頓的一個客戶*近訂購了一艘航速超過13海里/小時的輪船,。水槽中的模型試驗結(jié)果預(yù)測該船的設(shè)計將不能達(dá)到期望的航速,，而在Simcenter STAR-CCM+上運(yùn)行的CFD程序結(jié)果則表明可以實(shí)現(xiàn)。*終,，客戶決定根據(jù)初始設(shè)計建造該船,。事實(shí)證明布爾頓是正確的。在2018年初的一次試航中,，這艘船輕松實(shí)現(xiàn)了13海里/小時的速度,。“這向我們和許多行業(yè)專家證明了如今CFD至少與水箱中的測試一樣有效,?！辈紶栴D說道。
盡管CFD相比水箱測試擁有多項優(yōu)勢,，但他們有一個共同點(diǎn)：船只仍然需要在真實(shí)條件下進(jìn)一步測試,。的確，兩種測試方式目前都是在平靜的水中以巡航速度進(jìn)行的,。布爾頓希望使CFD計算更加動態(tài)化,。他說：“在未來，我們希望為CFD程序提供真實(shí)測量數(shù)據(jù),，這些數(shù)據(jù)來自海上船舶的實(shí)際操作,，包括螺旋槳操作、湍流以及波浪的影響,。為了達(dá)到這個目的,，未來我們將在CFD程序中創(chuàng)建船只的‘?dāng)?shù)字化雙胞胎’，并在準(zhǔn)真實(shí)條件下通過計算機(jī)進(jìn)行測試,，以便優(yōu)化設(shè)計效率,。”鑒于這一前景,，布爾頓相信CFD如今正處在一個新時代的開始,。他說：“在水箱中進(jìn)行測試可能會越來越多地被計算機(jī)中的測算所取代,。”
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