高速氣泡船流場數(shù)值模擬.pdf

1、本課題來源于國家863攻關項目‘高速氣泡船船型研究’，主要工作是在項目前期工作基礎上，使用F1uent軟件對氣泡船黏性流場進行數(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信息。 由于能源日趨緊張，開發(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)流動結構，從而降低船底表面摩擦阻力，達到節(jié)能目的。自上世紀60年代以來，國內(nèi)外許多學者對氣泡減阻進行了大量理論和實驗研究，實驗結果表明微氣泡的注入對船舶減阻的效果非常明顯。 本文模擬對象為一艘高速快艇，針對噴氣與不噴氣兩種情況下船體粘性流場的數(shù)值模擬，并對其結果進行了對比性分析，探討了微氣泡對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準κ-ε湍流模型對氣泡船進行數(shù)值模擬，并進行相

3、關設置，具體見第4章第3節(jié)。在計算中為簡化模型，對氣泡-水兩相流做了相關假設，具體見第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，提高計算精度，塊與塊之間使用正則網(wǎng)格過渡。因為船體表面形狀的復雜，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，本文在包含船體的塊內(nèi)采用非結構網(wǎng)格，并使用梯度網(wǎng)格節(jié)點布置，通過對網(wǎng)格節(jié)點的不斷調節(jié)，達到邊界層網(wǎng)格的效果。為了節(jié)省計算空間，提高計算速度，在其它塊均采用結構化網(wǎng)格

4、。 本文通過數(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信息。通過對船模速度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)計算結果進行對比，分析了速度和噴氣量對微氣泡減阻效果的影響，具體見第4章第4節(jié)，并將計算得到噴氣狀態(tài)下的船體摩擦阻力系數(shù)與沒噴氣狀態(tài)下的結果進行比較，得到了微氣泡對船舶摩擦阻力的減阻率，分析結果與