波浪中船舶微氣泡減阻數(shù)值模擬.pdf

1、隨著對節(jié)能減排問題關(guān)注的日益提高,如何有效地降低船舶阻力,減少船舶尾氣排放和燃料消耗,提高船舶的快速性能和經(jīng)濟(jì)效益,成為船舶工程領(lǐng)域研究的熱點之一。大量的船模試驗研究表明,在船舶底部通入微氣泡,利用水與空氣的密度差異和粘度差異,改變船體邊界層內(nèi)的湍流結(jié)構(gòu),能夠有效地降低船體阻力,因此微氣泡減阻技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。目前,對船舶微氣泡減阻的研究仍以試驗為主,數(shù)值模擬研究還比較少,且大多基于均質(zhì)平衡流模型,不考慮氣泡與水之間的相互作用,數(shù)

2、學(xué)模型與物理模型之間仍存在差距,而考慮船舶在波浪中運(yùn)動時微氣泡減阻的數(shù)值模擬研究就更少了。
　　本文以平底型船模為研究對象,基于歐拉多相流模型,考慮氣泡和水的相間作用力影響,選取通用阻力規(guī)律曳力模型和Realizablek湍流模型,對船模在靜水中航行時的微氣泡減阻問題進(jìn)行了數(shù)值模擬,計算中將船體表面劃分為不同分段,忽略自由液面興波,保持船速和氣泡直徑不變,改變通氣量、微氣泡入口的通氣面積和通氣方式等參數(shù),研究不同參數(shù)下,船模各分段

3、的摩擦阻力變化規(guī)律,分析了氣泡體積分?jǐn)?shù)及壁面剪切應(yīng)力在船體表面的分布情況,進(jìn)而得到通氣量、通氣面積和通氣方式等參數(shù)對靜水中船模微氣泡減阻的影響規(guī)律。通過對歐拉模型和VOF模型的數(shù)值計算對比分析,發(fā)現(xiàn)歐拉模型計算靜水中微氣泡減阻的精度更高,但兩者計算結(jié)果相差不大,且變化趨勢相同,為了更好地考慮波浪對微氣泡減阻的影響,可以采用VOF模型對波浪中的微氣泡減阻進(jìn)行數(shù)值模擬。
　　在靜水中微氣泡減阻研究的基礎(chǔ)上,基于運(yùn)動域方法和VOF多相流

4、模型,探討了船模在波浪中航行時,在船底邊界層內(nèi)通入微氣泡對船模減阻效果的影響。建立了三維船體模型,計算中考慮自由液面興波的影響,保持船速、微氣泡直徑及波高不變,在典型的波長船長比下,研究船模在規(guī)則波中迎浪運(yùn)動時,不同通氣量下,船模的摩擦阻力和總阻力的變化規(guī)律,分析在波浪的作用下,氣泡體積分?jǐn)?shù)的變化情況,得到通氣量對減阻效果的影響規(guī)律;在減阻效果較好的通氣量下,分析不同波長船長比時自由面的興波、摩擦阻力和總阻力的變化情況,得到波長船長比對