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气泡逸出控制措施对气泡船减阻效果影响的数值研究
| 论文题名： | 气泡逸出控制措施对气泡船减阻效果影响的数值研究 |
| 关键词： | 气泡船;航行阻力;微气泡减阻;气泡逸出控制;数值模拟;有限体积法 |
| 摘要： | 减小船舶航行阻力是发展船舶节能技术及提高船舶航速的方向之一，而对于船舶水动力学的研究来说，减小船舶阻力一直是这门学科的主旋律。微气泡减阻技术是近三十年发展起来的，国内外许多学者对气泡减阻进行了大量实验和理论研究，其良好的减阻效果已经为试验所检验。国家863科技攻关项目“高速气泡船船型研究”是针对气泡船的运动特点，从理论及试验研究着手，研究出具有高效喷气方式、气泡稳定性好及各项性能指标优良的高速气泡船新船型。 本文是在对高速气泡船减阻进行理论及试验研究的基础上，进一步研究提高高速气泡船减阻率的技术措施。本文通过对高速艇艇底不同位置加设纵向防溅条，来控制气泡沿船体横向的逸出，增大艇底气泡的体积浓度，提高气泡船的减阻效果。考虑船体横剖面形状对气泡逸出的影响，特别是纵剖线形状的影响，又对一艘改型气泡船进行了气泡减阻计算。通过对计算结果的比较分析，寻求控制气泡逃逸的最佳技术措施，从而提高高速艇摩擦阻力减阻率，达到降阻节能的目的。 本文数值求解中应用有限体积法对方程进行离散，采用SIMPLEC算法求解雷诺平均流动方程组、以及求解含有微气泡的雷诺平均的两相流动方程组。计算不喷气状态时，选用标准k—ε湍流模型及标准壁面函数，这有利于计算的收敛，考虑重力作用。计算喷气状态时，采用欧拉方法的Mixture混合两相流模型及标准k—ε湍流模型，即将气泡流作为混合物的流动处理，同时考虑了气泡与水的相对运动。 本文数值模拟结果表明：在高速艇艇底设置小尺度纵向防溅条虽抑制了气泡向艇体两侧逃逸，也增大了气泡在艇底的体积浓度，但是并没有提高高速艇的减阻率。改型船底部的纵剖线近乎平直的设计特点，保证了船底气泡具有较好的运动稳定性，使艇底气泡的体积浓度增大，摩擦阻力减阻率提高。改型船舭部设计成折角型，并保持一定的下倾角，控制了气泡沿船体横向的逸出，增大了气泡的体积浓度，提高了摩擦阻力减阻率。改型船最大可获得37.3％的摩擦阻力减阻率。 |
| 作者： | 邹存伟 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计与制造 |
| 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： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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