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过渡型艇微气泡减阻喷气参数数值研究
| 论文题名： | 过渡型艇微气泡减阻喷气参数数值研究 |
| 关键词： | 气泡船;微气泡减阻;喷气参数;数值计算;减阻效果;建模仿真 |
| 摘要： | 气泡船作为一种新型的节能型船舶，其采用微气泡减阻技术。目前国内外关于气泡体积浓度、来流速度、喷气量、重力等因素对微气泡减阻效果影响的大量研究，基本形成了较统一的认识。而有关气泡尺度、注气孔及喷缝尺度对减阻效果影响的研究，未形成统一认识。本文依托国家863计划项目“高速气泡船船型研究”(2006AA11Z223)，针对高速过渡型艇，采用数值计算方法，研究船底断阶喷气参数对减阻效果的影响，寻求理想减阻效果下的喷缝高度，喷气量，来流速度之间的匹配关系。 本文数值计算的物理模型为一优良过渡型艇，采用1:13缩尺比进行建模，为了使气体在船底壁面处沿流向喷出，需要在船底合适位置进行断阶。根据拖曳水池中船模底部压力测量及分析后，确定在船模的第7站附近进行断阶。采用有限体积法和SIMPLE算法，选用标准湍流模型，不计自由面影响，对不喷气船模数值求解控制方程组(连续方程，动量方程和雷诺应力封闭方程)。在此基础上，采用SIMPLEC算法，考虑气泡与水的相对滑移，对喷气状态下船模数值求解含有微气泡的雷诺平均的两相流动方程组(包括混合相的连续方程和动量方程，组分方程，雷诺应力封闭方程等)。经过对比性数值分析，获得了船模在不喷气和喷气状态下粘性流场和阻力性能的差别与喷缝高度、喷气量、来流速度对微气泡减阻效果的影响。得到如下结论： ①与不喷气相比，喷气后的壁面剪切应力明显减小。 ②相同雷诺数下，船底近壁面处气泡的体积分数和气泡的有效覆盖范围随相对喷气量的增加而增加，摩擦阻力相对减阻率也逐渐增大。 ③除极低相对喷气量以外，在相同相对喷气量下，船底表面气泡覆盖范围随雷诺数增加而增加，但雷诺数为Re=10.7×106时，摩擦阻力相对减阻率达到极值。 ④气泡逃逸点随雷诺数的增加而后移；在相同雷诺数下，相对喷气量和相对喷缝高度的变化对气泡逃逸点的位置影响不大。 ⑤在相同摩擦阻力相对减阻率下，相对喷气速度具有渐进值。综合考虑减阻效果和喷气所需功率消耗两个方面，提出了Re=13.4x106时最优相对喷缝高度为0.112。 ⑥最优相对缝高B1与Re不是线性关系，随着Re的增加，相对缝高的增加减缓。 |
| 作者： | 张玲 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 王家楣 |
| 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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