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原文传递波浪中船舶微气泡减阻数值模拟

论文题名：	波浪中船舶微气泡减阻数值模拟
关键词：	微气泡减阻;数值模拟;波浪作用;船舶工程
摘要：	随着对节能减排问题关注的日益提高,如何有效地降低船舶阻力,减少船舶尾气排放和燃料消耗,提高船舶的快速性能和经济效益,成为船舶工程领域研究的热点之一。大量的船模试验研究表明,在船舶底部通入微气泡,利用水与空气的密度差异和粘度差异,改变船体边界层内的湍流结构,能够有效地降低船体阻力,因此微气泡减阻技术具有广阔的应用前景。目前,对船舶微气泡减阻的研究仍以试验为主,数值模拟研究还比较少,且大多基于均质平衡流模型,不考虑气泡与水之间的相互作用,数学模型与物理模型之间仍存在差距,而考虑船舶在波浪中运动时微气泡减阻的数值模拟研究就更少了。　　本文以平底型船模为研究对象,基于欧拉多相流模型,考虑气泡和水的相间作用力影响,选取通用阻力规律曳力模型和Realizablek湍流模型,对船模在静水中航行时的微气泡减阻问题进行了数值模拟,计算中将船体表面划分为不同分段,忽略自由液面兴波,保持船速和气泡直径不变,改变通气量、微气泡入口的通气面积和通气方式等参数,研究不同参数下,船模各分段的摩擦阻力变化规律,分析了气泡体积分数及壁面剪切应力在船体表面的分布情况,进而得到通气量、通气面积和通气方式等参数对静水中船模微气泡减阻的影响规律。通过对欧拉模型和VOF模型的数值计算对比分析,发现欧拉模型计算静水中微气泡减阻的精度更高,但两者计算结果相差不大,且变化趋势相同,为了更好地考虑波浪对微气泡减阻的影响,可以采用VOF模型对波浪中的微气泡减阻进行数值模拟。　　在静水中微气泡减阻研究的基础上,基于运动域方法和VOF多相流模型,探讨了船模在波浪中航行时,在船底边界层内通入微气泡对船模减阻效果的影响。建立了三维船体模型,计算中考虑自由液面兴波的影响,保持船速、微气泡直径及波高不变,在典型的波长船长比下,研究船模在规则波中迎浪运动时,不同通气量下,船模的摩擦阻力和总阻力的变化规律,分析在波浪的作用下,气泡体积分数的变化情况,得到通气量对减阻效果的影响规律;在减阻效果较好的通气量下,分析不同波长船长比时自由面的兴波、摩擦阻力和总阻力的变化情况,得到波长船长比对微气泡减阻效果的影响;最后研究了波高对减阻效果的影响。
作者：	王妍
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：	2013
正文语种：	中文