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微气泡聚合破裂及减阻数值模拟研究
| 论文题名： | 微气泡聚合破裂及减阻数值模拟研究 |
| 关键词： | 欧拉多相流模型;群体平衡模型;微气泡减阻;聚合破裂;数值模拟;船舶航行 |
| 摘要： | 追求快速性，寻求低阻力船型及减阻技术，一直是众多船舶工作者努力研究的方向。近年来，能源和环境污染问题日益突显，节能减排已成全球关注的重点课题。EEDI指数的提出，MAPOL公约附则 VI修正案等有关节能减排的法规的推出，无不表明船舶节能减排的标准更加严格。在这样的形式下，研究船舶减阻技术，减少船舶对能源的消耗和污染物的排放，无疑具有极其重要的意义。 微气泡减阻技术可以有效的减小船舶航行时所受的摩擦阻力，这在试验研究和数值研究中都得到了验证。目前多数研究工作限于单一直径气泡，假设微气泡不变形，不会聚合破裂，研究结果与自然现象存在不一致，深入的气泡运动及减阻机理仍未完全明了。 本文基于欧拉多相流模型，考虑重力、浮力、相间阻力、虚质量力和表面张力的影响，采用亚松弛因子，探讨了湍流模型、网格划分、相间升力选取、求解精度对计算结果的影响。在此基础上，探讨了气泡直径对微气泡减阻数值模拟结果的影响，计算了多种直径的气泡同时通入时微气泡的减阻效果。引入群体平衡模型，模拟微气泡的聚合破裂作用，研究了微气泡聚合破列现象下的微气泡减阻问题。对不考虑微气泡聚合破裂时通入单一直径和多种直径气泡的数值模拟结果以及考虑微气泡聚合破裂的数值模拟结果进行比较分析。 结果表明，湍流模型、网格划分、相间升力是影响计算结果的重要因素。在一定范围内，随着微气泡直径的增大，微气泡减阻效果会增加。尽管模型试验的微气泡直径是不同的，但是，理论上可以通过某一直径模拟试验工况，且计算结果会与试验结果相对接近。比较了微气泡聚合破裂对减阻的影响，分别比较了微气泡聚合破裂与不考虑聚合破裂的单一直径，不考虑聚合破裂的的多种直径气泡，研究可见，考虑微气泡聚合破裂数值预报结果与试验更为接近。本研究还给出了微气泡聚合破裂的微气泡粒径分布。研究工作对于更加深入模拟微气泡减阻多相流以及探讨微气泡聚合破裂机理具有参考价值。 |
| 作者： | 方霖 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 李云波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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