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船舶前缘引流和微气泡综合减阻数值模拟
| 论文题名： | 船舶前缘引流和微气泡综合减阻数值模拟 |
| 关键词： | 船舶;微气泡;数值模拟;计算流体动力学;摩擦阻力 |
| 摘要： | 本文以一艘带球首和双尾的低速肥大型集装箱船为数值模拟对象，以计算流体动力学(CFD)软件Fluent为平台，通过借鉴钝体引流减阻技术，在船首至第14站底部开通一条引流通道，研究其对粘压阻力及流场的影响。为了研究含微气泡的两相流对船体绕流场和粘性阻力的影响，在引流通道出流面（即断阶面）使部分水流汽化实现微气泡的生成。为了避开直接求解控制方程中因微气泡的生成所带来的源项，采用了流场分块计算和边界条件的特殊处理来实现，通过改变微气泡流速、浓度、直径以及船首远前方来流速度等参数，研究含微气泡的两相流场对断阶下游船体表面摩擦阻力影响。分析计算结果和流场特性，得到以下结论和规律: 1)与原船相比，加设引流通道后，船体总摩擦阻力基本无变化，粘压阻力则明显减小。进一步分析表明，在来流速度V=1.589m/s，即Fn=0.225下，粘压阻力减阻效果最明显，可达20.5％，此时对应的粘性阻力减阻率为5.92％。 2)仅改变断阶面微气泡流速，断阶面下游船体表面摩擦总阻力减阻率随气泡流速的增大而增大，而当气泡流速增大至某一值后，船体总摩擦阻力减阻率将基本不变。 3)仅改变断阶面微气泡浓度，断阶面下游船体表面摩擦总阻力减阻率随着气泡浓度的增大而增大。当调节不同浓度下气泡流速，使得气泡流量一致时，各浓度下对应的摩擦阻力减阻率十分接近。说明气泡流量与摩擦总阻力减阻率息息相关。 4)仅改变来流速度，在小气泡流速下，断阶下游船体表面摩擦阻力减阻率与来流速度影响不大;当气泡流速逐步增大后，来流速度越大，对应的摩擦总阻力减阻率越大。 5)仅改变微气泡直径，在一定范围内，可以增大断阶下游船体表面摩擦阻力减阻率，但是大直径微气泡在船体表面的覆盖浓度不如小直径情况下均匀。 6)加设引流通道明显的减小了船体首尾部压差，从而使粘压阻力减小;微气泡流明显减小了船体近壁区的流体粘性系数，同时也改变了边界层内的流体流动速度分布，使摩擦阻力减小。 |
| 作者： | 严芳 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 罗薇;刘艾明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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