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微气泡作用下船舶尺度效应数值模拟研究
| 论文题名： | 微气泡作用下船舶尺度效应数值模拟研究 |
| 关键词： | 过渡级艇船;微气泡;数值模拟;喷气减阻;流体动力学;FLUENT软件;仿真实验 |
| 摘要： | 随着我国经济的持续快速发展及世界能源危机的日益凸现，各行各业都在努力寻求可持续发展方案，船舶行业也不例外。一直以来，国与国之间的贸易主要是通过船舶运营，自我国加入WTO以来，对外贸易额逐年增大，船舶油运能源消耗极大，因而减少船舶能源消耗已被提升为重要的议题，许多国家都在努力探求经济的船舶节能方式。 基于以上的国际环境与背景，面向未来，抓住机遇，努力探求科学经济的船舶节能方式，有利于推动我国造船产业结构优化与升级，有利于增强我国造船业在国际上的竞争实力与地位，促使我国由航运大国成为航运强国，是科学发展观的重要体现。 在科学经济的船舶节能方式中，减阻节能一直以来是被倡导的主旋律。目前，气泡减阻船的研究已成为时代发展的主流，吸引着国内外大量学者的目光并为之进行着不懈的研究。 本文以过渡级艇船型作为研究对象，对其进行在船底喷射微气泡的数值模拟。通过数值计算，对三个不同缩尺比船模喷气减阻进行分析研究，探讨喷气减阻的可行性及喷气与减阻之间的关系，为气泡船试验与实船研究提供理论指导。 本文基于流体动力学仿真软件FLUENT进行数值模拟。采用有限体积法离散方程，计算模型采用Mixture混合相模型，湍流模型采用标准的K—ε二方程模型，速度和压力耦合采用Simplec方法，压力离散采用BodyForceWeighted格式。 基于高速过渡级艇船型的数值模拟与分析，主要得出以下结论： 数值计算的网格类型、网格数对计算有一定影响。相同条件下，同一类型网格计算结果偏差不大，结构化网格计算结果优于非结构化网格的计算结果，同一类型的不同网格数的计算结果不同。此外，湍流模型对计算结果影响较大，数值计算对摩擦阻力的计算精度较高，能够比较准确地模拟出船体的摩擦阻力。 数值计算能够较好地模拟气泡在船底的流动情况。傅氏数相同时，船底摩擦阻力随喷气量的增大而减少，减阻率随喷气量的增大而增大，但是喷气量增大到一定程度，减阻率变化不大；当喷气量相同时，船底摩擦阻力与减阻率随傅氏数的增大，有增加的也有减小的。傅氏数相同时，要达到相同的减阻率，大尺度的模型需要更高的喷气量。喷气量相同时，水流速度越小，船底气泡覆盖面增大，但气泡有向船底两侧逃逸的趋势。通过数值计算，能够有效地预测喷气减阻率。计算发现，艇型不变时，傅氏数相同的情况下，在保证减阻率基本相同时，微气泡减阻率为傅氏数、喷气率、雷诺数的函数。 |
| 作者： | 马梓清 |
| 专业： | 水上运动装备工程 |
| 导师： | 郑伟涛 |
| 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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