尾部橫剖面面積曲線變化對氣泡減阻效果影響的數(shù)值模擬.pdf

1、本課題來源于國家科技攻關(guān)863項(xiàng)目‘高速氣泡船船型研究’，主要工作是在項(xiàng)目組人員前期的數(shù)值模擬工作基礎(chǔ)上，結(jié)合船模試驗(yàn)，對一內(nèi)河高速艇（過渡級(jí)艇），在保證排水量D及船長L不變的條件下，改變其尾部橫剖面面積曲線，利用Fluent軟件對不同尾部形狀的氣泡船黏性流場進(jìn)行數(shù)值模擬，得到船體粘壓阻力、摩擦阻力、船底氣泡濃度分布等流場信息。 減阻提速、降低耗能是船舶設(shè)計(jì)研究人員的主要目標(biāo)之一，通過線型優(yōu)化減少剩余阻力是目前的主要手段。而對多

2、數(shù)水面和水下航行物而言，摩擦阻力所占的比例較大，所以減小摩擦阻力有望成為更有效的手段。摩擦阻力是由船舶濕面積、周圍流體以及流體的流動(dòng)決定，而濕面積一般難以改變，因此減小摩擦阻力不外乎兩條途徑：一是減小船體附近介質(zhì)的粘性系數(shù)，二是改變船體附近流動(dòng)即邊界層的湍流結(jié)構(gòu)。而微氣泡恰好可能會(huì)從這兩條途徑達(dá)到減阻的目的。 橫剖面面積曲線的形狀，特別是尾部形狀對高速艇快速性能有著重要影響，一般來說，速度越高，尾部越豐滿，阻力性能越好。但是，豐

3、滿的尾部會(huì)導(dǎo)致螺旋槳直徑受限或存在較大的軸線縱傾角，為了增大槳的直徑或減小軸線角度，可以采取船體尾部上抬，以壓浪板控制航態(tài)的辦法獲得較好的快速性能。對高速氣泡船，由于尾部橫剖面面積曲線的變化，導(dǎo)致氣泡在船底尾部的分布也不同，從而影響減阻效果。本文采用歐拉方法的混合兩相流模型及標(biāo)準(zhǔn)k—ε湍流模型對三種氣泡船船型在噴氣與不噴氣兩種情況下進(jìn)行數(shù)值模擬，探討不同的尾部橫剖面面積曲線對氣泡減阻的影響規(guī)律以及尾部橫剖面面積曲線的變化對氣泡減阻的有利

4、影響是否與無氣泡時(shí)對快速性影響規(guī)律相同。計(jì)算不噴氣狀態(tài)時(shí)，選用標(biāo)準(zhǔn)k—ε湍流模型及標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，考慮重力作用。噴氣狀態(tài)下，采用mixture混合相模型，其中水為基本相，微氣泡為第二相。 通過數(shù)值模擬，得到了無氣泡時(shí)，尾部形狀變化對阻力性能的影響；噴氣狀態(tài)下，對不同來流速度及氣流量組合的計(jì)算，分析了速度和噴氣量對減阻效果的影響，其中原型的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)比較吻合；在同航速及氣流量下，對不同船型的減阻效果進(jìn)行比較，結(jié)果表明：在保證排水