過渡型艇微氣泡減阻噴氣參數數值研究.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。目前國內外關于氣泡體積濃度、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)一的認識。而有關氣泡尺度、注氣孔及噴縫尺度對減阻效果影響的研究，未形成統(tǒng)一認識。本文依托國家863計劃項目“高速氣泡船船型研究”(2006AA11Z223)，針對高速過渡型艇，采用數值計算方法，研究船底斷階噴氣參數對減阻效果的影響，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、匹配關系。 本文數值計算的物理模型為一優(yōu)良過渡型艇，采用1:13縮尺比進行建模，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行斷階。根據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站附近進行斷階。采用有限體積法和SIMPLE算法，選用標準湍流模型，不計自由面影響，對不噴氣船模數值求解控制方程組(連續(xù)方程，動量方程和雷諾應力封閉方程)。在此基礎上，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

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，雷諾應力封閉方程等)。經過對比性數值分析，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。得到如下結論： ①與不噴氣相比，噴氣后的壁面剪切應力明顯減小。 ②相同雷諾數下，船底近壁面處氣泡的體積分數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增加而增加，但雷諾數為Re=10.7×106時，摩擦阻力相對減阻率達到極值。 ④氣泡逃逸點隨雷諾數的增加而后移；在相同雷諾數下，相對噴氣量和相對噴縫高度的變化對氣泡逃逸點的位置影響不大。 ⑤在相同摩擦阻力相對減阻率下，相對噴氣速度具有漸進值。綜合考慮減阻效果和噴氣所需功率消耗兩個方面，提出了Re=13.4x106時最優(yōu)相對噴縫高度為0.112。