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尾部横剖面面积曲线变化对气泡减阻效果影响的数值模拟
| 论文题名： | 尾部横剖面面积曲线变化对气泡减阻效果影响的数值模拟 |
| 关键词： | 高速艇;气泡减阻;数值模拟;流场 |
| 摘要： | 本课题来源于国家科技攻关863项目‘高速气泡船船型研究’，主要工作是在项目组人员前期的数值模拟工作基础上，结合船模试验，对一内河高速艇（过渡级艇），在保证排水量D及船长L不变的条件下，改变其尾部横剖面面积曲线，利用Fluent软件对不同尾部形状的气泡船黏性流场进行数值模拟，得到船体粘压阻力、摩擦阻力、船底气泡浓度分布等流场信息。 减阻提速、降低耗能是船舶设计研究人员的主要目标之一，通过线型优化减少剩余阻力是目前的主要手段。而对多数水面和水下航行物而言，摩擦阻力所占的比例较大，所以减小摩擦阻力有望成为更有效的手段。摩擦阻力是由船舶湿面积、周围流体以及流体的流动决定，而湿面积一般难以改变，因此减小摩擦阻力不外乎两条途径：一是减小船体附近介质的粘性系数，二是改变船体附近流动即边界层的湍流结构。而微气泡恰好可能会从这两条途径达到减阻的目的。 横剖面面积曲线的形状，特别是尾部形状对高速艇快速性能有着重要影响，一般来说，速度越高，尾部越丰满，阻力性能越好。但是，丰满的尾部会导致螺旋桨直径受限或存在较大的轴线纵倾角，为了增大桨的直径或减小轴线角度，可以采取船体尾部上抬，以压浪板控制航态的办法获得较好的快速性能。对高速气泡船，由于尾部横剖面面积曲线的变化，导致气泡在船底尾部的分布也不同，从而影响减阻效果。本文采用欧拉方法的混合两相流模型及标准k—ε湍流模型对三种气泡船船型在喷气与不喷气两种情况下进行数值模拟，探讨不同的尾部横剖面面积曲线对气泡减阻的影响规律以及尾部横剖面面积曲线的变化对气泡减阻的有利影响是否与无气泡时对快速性影响规律相同。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，考虑重力作用。喷气状态下，采用mixture混合相模型，其中水为基本相，微气泡为第二相。 通过数值模拟，得到了无气泡时，尾部形状变化对阻力性能的影响；喷气状态下，对不同来流速度及气流量组合的计算，分析了速度和喷气量对减阻效果的影响，其中原型的计算结果与试验比较吻合；在同航速及气流量下，对不同船型的减阻效果进行比较，结果表明：在保证排水量及船长不变的条件下，将船体尾部上抬，气泡在船底分布较好，有利于微气泡减阻。 |
| 作者： | 黄丽 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 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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