在航运业提倡节能减排、高效运营的大背景下,关注船舶运营的外界环境(船体表面粗糙度、污底、风力)的影响,研究20000 DWT江海直达散货船在不同外界条件下的航行阻力、船舶推进系统能量利用效率及能效水平,分析三者与航速的关系及敏感度。采用计算流体力学(CFD)方法,结合船模阻力试验,研究目标船的航行阻力。结果表明,湍流k-e RNG模型适用于模拟计算高雷诺数的船体周围流场的情况,计算精度在可接受范围内。同采用数值模拟方法研究船体表面粗糙度、污损附着、风力大小对航行阻力的影响,结果表明,船体表面条件不同,对航行阻力的影响也不同。在粗糙表面(包含轻度污底)和中度污底情况下,增加的航行阻力主要为摩擦阻力,此时增加的阻力可采用经验推荐的摩擦阻力补贴系数处理;重度污底情况下,增加的航行阻力不再以摩擦阻力为主,粘压阻力、兴波阻力所占比例会增大,经验推荐的补贴系数已不适用实际情况。与船体表面条件相比,风力对航行阻力的影响更大,对航速的敏感度也较大。随风级增大,增加的阻力与航速的关系从线性逐渐成次幂。增加的阻力性质随航速增大而变化,低航速时以摩擦阻力为主,高航速下剩余阻力(兴波阻力、空气阻力、汹涛阻力等)占总阻力比例增大。将仿真结果应用于目标船的阻力计算,得到不同船体表面条件、风力环境与船体阻力的函数关系。在MATLAB/Simulink平台建立目标船的主动力推进系统仿真模型,航速、船体表面条件、风力作为模型的输入元素,船舶推进系统能量利用效率和能效运营指数为相应的输出,分析映射关系。结果表明,船舶能效运营指数对航速的敏感度较高,在同一外界环境下,运营航速低于某一临界值,能效指数可维持在较低水平,高于临界值能效指数将猛增。船体表面粗糙度、污底、风力大小都会影响船舶推进系统能量利用效率及能效运营指数。较差的船体表面条件会降低推进效率,增大能效。风力的影响更明显,风级越大,船舶推进效率越低,能效指数越大,航速临界点也逐渐减小。