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原文传递高速气泡船流场数值模拟

论文题名：	高速气泡船流场数值模拟
关键词：	高速气泡船;流场模拟;数值模拟;摩擦阻力;粘性流场
摘要：	本课题来源于国家863攻关项目‘高速气泡船船型研究’，主要工作是在项目前期工作基础上，使用F1uent软件对气泡船黏性流场进行数值模拟，并得到船体摩擦阻力、船底气泡浓度分布、气泡速度矢量分布等流场信息。由于能源日趋紧张，开发节能船型成为必然课题。减阻及有效提高航速是船舶优化研究的主攻方向。气泡船是阻力性能优良船型之一，是指采用微气泡减阻技术的一类船舶，其工作原理是把空气(或废气)引入船底，在船底表面形成气水混合两相流，可降低船底表面附近流体密度、改变边界层内流动结构，从而降低船底表面摩擦阻力，达到节能目的。自上世纪60年代以来，国内外许多学者对气泡减阻进行了大量理论和实验研究，实验结果表明微气泡的注入对船舶减阻的效果非常明显。本文模拟对象为一艘高速快艇，针对喷气与不喷气两种情况下船体粘性流场的数值模拟，并对其结果进行了对比性分析，探讨了微气泡对船舶摩擦阻力的减阻效果。本文采用欧拉方法的混合两相流模型及标准κ-ε湍流模型对气泡船进行数值模拟，并进行相关设置，具体见第4章第3节。在计算中为简化模型，对气泡-水两相流做了相关假设，具体见第4章第1节。本文在网格方面，采用分块网格。为便于数值的传递，提高计算精度，块与块之间使用正则网格过渡。因为船体表面形状的复杂，不能很好生成边界层网格，为了更好的反映边界层内的流动，本文在包含船体的块内采用非结构网格，并使用梯度网格节点布置，通过对网格节点的不断调节，达到边界层网格的效果。为了节省计算空间，提高计算速度，在其它块均采用结构化网格。本文通过数值模拟，得到了不同速度、不同喷气量下，船底气泡浓度分布、船底气泡速度矢量分布等流场信息。通过对船模速度V=2.281、2.566、2.851、3.136m/s与喷气量Q=15、18、21、24 m3/h不同组合的16组状态计算结果进行对比，分析了速度和喷气量对微气泡减阻效果的影响，具体见第4章第4节，并将计算得到喷气状态下的船体摩擦阻力系数与没喷气状态下的结果进行比较，得到了微气泡对船舶摩擦阻力的减阻率，分析结果与美国学者Madavan等人的平板试验结果吻合较好。
作者：	蔡红玲
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：	2008
正文语种：	中文