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一种新的气泡减阻方法数值模拟研究
| 论文题名： | 一种新的气泡减阻方法数值模拟研究 |
| 关键词： | 船舶航行;气泡减阻装置;数值模拟 |
| 摘要： | 船在航行中受到的摩擦阻力是能量消耗的主要因素，通过在船周围注入气泡可以减阻，但传统的气泡注入方法需要消耗额外的能量，导致净减阻效率不高。WAIP(Winged Air Induction Pipe)气泡减阻装置大大减少产生气泡所需的额外能耗，提高了气泡净减阻效率，本文以OpenFOAM2.3为平台开展对WAIP流场的数值模拟研究。 首先，采用VOF(Volume of Fraction)方法和komegaSST湍流模型对水翼扰动下的自由液面流场及翼型绕流进行数值模拟，将计算得到的自由液面波形及翼型升阻力系数与实验值进行对比，吻合较好，验证了本文计算方法的可行性。 其次，对平板开孔式WAIP进行数值模拟，研究了水翼深度、水翼攻角、空气入口压强、空气入口角度对减阻效率的影响。研究结果表明：增大水翼深度、水翼攻角、空气入口角度，减阻效率先增大后减小，通过选择合适参数（不需要增加额外能耗），减阻效率达到32.67％。此外，增大空气入口压强，减阻效率明显提升。 最后，平板开孔式WAIP存在空气入口压强不宜过高及需要在物体上开孔等不足，而翼面开孔式WAIP较好的解决了这些问题。对翼面开孔式WAIP进行数值模拟，分析了翼面开孔处气泡的非定常周期性脱落过程，研究了水翼深度、空气入口压强、翼面孔径、翼面开孔位置、翼面开孔数对减阻效率的影响。研究结果表明：增大空气入口压强和翼面开孔数均能有效提高减阻效率；开孔数为4时（不需要增加额外能耗），减阻效率达到62.85%；增大翼面孔径，减阻效率提升不明显；增大水翼深度，减阻效率先增大后减小；翼面孔位于上表面0.7倍弦长处更利于减阻。 |
| 作者： | 杨朔 |
| 专业： | 航空工程 |
| 导师： | 张军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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