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高速船舶微气泡减阻数值模拟研究
| 论文题名： | 高速船舶微气泡减阻数值模拟研究 |
| 关键词： | 高速船舶;微气泡减阻;数值模拟 |
| 摘要： | 在船舶节能方式中，微气泡减阻越来越受到人们的青睐。微气泡减阻船的研究也吸引着国内外大量学者的目光并为之进行着不懈的努力。船舶微气泡减阻的工作原理可以简单地认为是把空气(或废气)引入船底，在船底表面形成气水混合两相流，降低船底表面附近流体密度，改变湍流边界层内的流动状态，从而降低船底表面摩擦阻力以达到节能的目的。对于微气泡减阻的原理分析及应用，除了应进行必要的理论与实验研究以外，用数值模拟来研究也已成为强有力的手段。它不仅能够直观的显示出减阻现象并能做出合理地描述，而且能对试验结果进行预测和提供改进的方案。 本文在前人的实验和理论研究基础上，对微气泡减阻的基本理论和数值计算方法进行了分析与整理，确定出合理的数值计算方法和数值模型。并从二维近似船底入手，通过分析减阻率与空隙率的关系，得出空隙率是影响减阻率的重要因素，要提高船舶的减阻率的关键就是要提高船底近壁面的空隙率。 通过对二维平板近似船底微气泡减阻的数值模拟结果表明，喷入微气泡能够使得平板摩擦阻力的减阻率减小，最大减幅可达85％左右；同一来流速度下，减阻率随着喷气量的增大而增大，当喷气量达到一定程度后，再增大喷气量，减阻率变化不大；同一喷气量下，减阻率随着主流速度的增大而减少；微气泡的大小对减阻率的影响很小；不同的喷气角度下，直喷情况下减阻效果较好；采用不同喷气形式来控制壁面空隙率的分布是一个提高减阻率的有效方法。 在上述工作基础上对三维实体船模进行数值模拟，分析了湍动能和湍流耗散率、船底压力对空隙率和减阻率的变化，为最佳喷气率的界定提供依据；并拟合出了减阻率和喷气率、弗汝德数之间的关系式；模拟分析出了弗汝德数在1.3到2.1之间的最佳喷气率为4左右，最佳在减阻率为22%左右；得出降低湍流摩擦阻力的一个主要原因是由于微气泡周围局部粘度的增加而引起了湍流动量耗散的加剧，为进一步船舶微气泡减阻的理论研究提供了参考。 |
| 作者： | 高杰强 |
| 专业： | 水力学及河流动力学 |
| 导师： | 朱蒙生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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