高速氣泡船流場(chǎng)數(shù)值模擬.pdf

1、本課題來(lái)源于國(guó)家863攻關(guān)項(xiàng)目‘高速氣泡船船型研究’，主要工作是在項(xiàng)目前期工作基礎(chǔ)上，使用F1uent軟件對(duì)氣泡船黏性流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，并得到船體摩擦阻力、船底氣泡濃度分布、氣泡速度矢量分布等流場(chǎng)信息。 由于能源日趨緊張，開(kāi)發(fā)節(jié)能船型成為必然課題。減阻及有效提高航速是船舶優(yōu)化研究的主攻方向。氣泡船是阻力性能優(yōu)良船型之一，是指采用微氣泡減阻技術(shù)的一類船舶，其工作原理是把空氣(或廢氣)引入船底，在船底表面形成氣水混合兩相流，可降低船

2、底表面附近流體密度、改變邊界層內(nèi)流動(dòng)結(jié)構(gòu)，從而降低船底表面摩擦阻力，達(dá)到節(jié)能目的。自上世紀(jì)60年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)氣泡減阻進(jìn)行了大量理論和實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微氣泡的注入對(duì)船舶減阻的效果非常明顯。 本文模擬對(duì)象為一艘高速快艇，針對(duì)噴氣與不噴氣兩種情況下船體粘性流場(chǎng)的數(shù)值模擬，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比性分析，探討了微氣泡對(duì)船舶摩擦阻力的減阻效果。本文采用歐拉方法的混合兩相流模型及標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型對(duì)氣泡船進(jìn)行數(shù)值模擬，并進(jìn)行相

3、關(guān)設(shè)置，具體見(jiàn)第4章第3節(jié)。在計(jì)算中為簡(jiǎn)化模型，對(duì)氣泡-水兩相流做了相關(guān)假設(shè)，具體見(jiàn)第4章第1節(jié)。 本文在網(wǎng)格方面，采用分塊網(wǎng)格。為便于數(shù)值的傳遞，提高計(jì)算精度，塊與塊之間使用正則網(wǎng)格過(guò)渡。因?yàn)榇w表面形狀的復(fù)雜，不能很好生成邊界層網(wǎng)格，為了更好的反映邊界層內(nèi)的流動(dòng)，本文在包含船體的塊內(nèi)采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，并使用梯度網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)布置，通過(guò)對(duì)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的不斷調(diào)節(jié)，達(dá)到邊界層網(wǎng)格的效果。為了節(jié)省計(jì)算空間，提高計(jì)算速度，在其它塊均采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格

4、。 本文通過(guò)數(shù)值模擬，得到了不同速度、不同噴氣量下，船底氣泡濃度分布、船底氣泡速度矢量分布等流場(chǎng)信息。通過(guò)對(duì)船模速度V=2.281、2.566、2.851、3.136m/s與噴氣量Q=15、18、21、24 m3/h不同組合的16組狀態(tài)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析了速度和噴氣量對(duì)微氣泡減阻效果的影響，具體見(jiàn)第4章第4節(jié)，并將計(jì)算得到噴氣狀態(tài)下的船體摩擦阻力系數(shù)與沒(méi)噴氣狀態(tài)下的結(jié)果進(jìn)行比較，得到了微氣泡對(duì)船舶摩擦阻力的減阻率，分析結(jié)果與