過渡型艇微氣泡減阻噴氣參數(shù)數(shù)值研究.pdf

1、氣泡船作為一種新型的節(jié)能型船舶，其采用微氣泡減阻技術(shù)。目前國內(nèi)外關(guān)于氣泡體積濃度、來流速度、噴氣量、重力等因素對微氣泡減阻效果影響的大量研究，基本形成了較統(tǒng)一的認(rèn)識。而有關(guān)氣泡尺度、注氣孔及噴縫尺度對減阻效果影響的研究，未形成統(tǒng)一認(rèn)識。本文依托國家863計(jì)劃項(xiàng)目“高速氣泡船船型研究”(2006AA11Z223)，針對高速過渡型艇，采用數(shù)值計(jì)算方法，研究船底斷階噴氣參數(shù)對減阻效果的影響，尋求理想減阻效果下的噴縫高度，噴氣量，來流速度之間的

2、匹配關(guān)系。 本文數(shù)值計(jì)算的物理模型為一優(yōu)良過渡型艇，采用1:13縮尺比進(jìn)行建模，為了使氣體在船底壁面處沿流向噴出，需要在船底合適位置進(jìn)行斷階。根據(jù)拖曳水池中船模底部壓力測量及分析后，確定在船模的第7站附近進(jìn)行斷階。采用有限體積法和SIMPLE算法，選用標(biāo)準(zhǔn)湍流模型，不計(jì)自由面影響，對不噴氣船模數(shù)值求解控制方程組(連續(xù)方程，動量方程和雷諾應(yīng)力封閉方程)。在此基礎(chǔ)上，采用SIMPLEC算法，考慮氣泡與水的相對滑移，對噴氣狀態(tài)下船模數(shù)

3、值求解含有微氣泡的雷諾平均的兩相流動方程組(包括混合相的連續(xù)方程和動量方程，組分方程，雷諾應(yīng)力封閉方程等)。經(jīng)過對比性數(shù)值分析，獲得了船模在不噴氣和噴氣狀態(tài)下粘性流場和阻力性能的差別與噴縫高度、噴氣量、來流速度對微氣泡減阻效果的影響。得到如下結(jié)論： ①與不噴氣相比，噴氣后的壁面剪切應(yīng)力明顯減小。 ②相同雷諾數(shù)下，船底近壁面處氣泡的體積分?jǐn)?shù)和氣泡的有效覆蓋范圍隨相對噴氣量的增加而增加，摩擦阻力相對減阻率也逐漸增大。

4、 ③除極低相對噴氣量以外，在相同相對噴氣量下，船底表面氣泡覆蓋范圍隨雷諾數(shù)增加而增加，但雷諾數(shù)為Re=10.7×106時(shí)，摩擦阻力相對減阻率達(dá)到極值。 ④氣泡逃逸點(diǎn)隨雷諾數(shù)的增加而后移；在相同雷諾數(shù)下，相對噴氣量和相對噴縫高度的變化對氣泡逃逸點(diǎn)的位置影響不大。 ⑤在相同摩擦阻力相對減阻率下，相對噴氣速度具有漸進(jìn)值。綜合考慮減阻效果和噴氣所需功率消耗兩個(gè)方面，提出了Re=13.4x106時(shí)最優(yōu)相對噴縫高度為0.112。