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低速肥大江海直达节能示范船的气泡减阻技术研究
| 论文题名： | 低速肥大江海直达节能示范船的气泡减阻技术研究 |
| 关键词： | 江海直达节能示范船;低速肥大型船;气泡减阻;航行阻力;数值模拟 |
| 摘要： | 水的密度是空气密度的八百倍，船在水中航行要克服的阻力远比在空气中航行要克服的阻力大得多。自第一艘船舶被发明出来，有关如何减少船舶航行阻力的研究就从未停止。如今，日益增长的世界能源需求以及日渐深入人心的绿色节能环保理念，使得节能减排问题成为热点关注的课题。 船舶航行阻力可按流体的性质划分为粘性阻力和兴波阻力。其中，粘性阻力还可以进一步划分为摩擦阻力和粘压阻力。对于低速肥大船舶而言，粘性阻力约占到总阻力的80％-90%，所以对于低速肥大型船舶而言，减小其粘性阻力能有效地达到整体减阻效果。综合减阻设施成本和应用难度以及对海洋污染等影响，微气泡减阻技术是最为环保最易实施的方法之一。 大量国内外的研究表明，微气泡减阻技术可取得高达30%的减阻率。本文依托国家工信部项目《江海直达节能环保集装箱示范船开发》，以一艘江海直达节能示范船为研究对象，通过Fluent计算流体力学软件多相流里的Mixture模型对其进行了数值模拟计算，对比了喷气与不喷气状态下船模的摩擦阻力相对减阻率，分别讨论了喷气流量、夹角α（喷气装置与船长方向的夹角）、来流速度、吃水深浅以及气泡孔径对减阻效果的影响。对比船模阻力试验，初步获得以下结论： 1）在船底喷气可以有效地降低船舶的摩擦阻力，减阻率可高达30%； 2）船舶的摩擦阻力相对减阻率随喷气量的增加而提高； 3）改变夹角α（喷气装置与船长方向的夹角）可使气泡逃逸点向船尾方向后移，随着α（0°<α≤90°）的增大，气泡容易横向逃逸，造成减阻率降低； 4）摩擦阻力相对减阻率随来流速度的增加而增加，且这一趋势在喷气流量较低时表现得尤为明显。喷气流量较高时，来流速度增加，摩擦阻力相对减阻率变化不大； 5）吃水较浅时，容易获得较高的摩擦阻力相对减阻率；吃水较深时，减阻效果变差； 6）气泡孔径D=10μm时减阻效果最好，D≥100μm时，减阻效果变差，且此时若气泡孔径继续增大，摩擦阻力相对减阻率不会减少太多； 7）在船模进行阻力试验的过程中，发现船模存在有一个最佳航行速度，船舶在此速度下航行时喷气能最大地使气泡均匀分布在船底表面，获得最佳减阻率，超过了此航速，减阻率反而降低； 8）船模阻力试验的结果与数值模拟的结果基本吻合，但关于来流速度对船舶喷气减阻效果的影响，两者略有差异，这可能是由于数值模拟软件未能准确模拟气泡的融合与破裂现象所导致的。 |
| 作者： | 王倩 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 陈克强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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