疏水表面流体流动特性的格子Boltzmann方法模拟

采用格子Boltzmann方法研究了微形貌对固体表面润湿性的影响,在此基础上进一步模拟了具有微形貌的疏水表面通道内的流体流动,从法向速度、剪应力、滑移速度等角度分析了疏水表面的流场特性,揭示了疏水表面滑移流动的产生机制。结果表明,疏水表面的滑移流动是由低表面能作用和微形貌共同引起的。具有微形貌的疏水表面比光滑疏水表面具有更好的减阻效果,原因在于微形貌能够驻留气体,形成的气液自由剪切面加剧了疏水表面的滑移流动,最大滑移速度可以达到主流平均速度的50%左右。     

基于格子Boltzmann方法的液润表面减阻规律

[目的]近年来,液润表面(LIS)作为一种新型的减阻表面被提出。它将传统疏水表面微沟槽中残存的气体替换为润滑油,进而提高了减阻效果的稳定性。为了更全面地认识液润表面,研究润滑油溶解性对滑移长度的影响。[方法]基于格子Boltzmann方法(LBM)伪势模型,对液润表面的滑移现象进行数值模拟,研究润滑油溶解密度和外部剪切率对滑移长度的影响规律。[结果]液润表面可以产生滑移现象,当润滑油完全混溶或极难溶时,滑移长度与组分间分子作用强度有较好的线性关系。[结论]润滑油难溶于水时,组分间作用力越大,减阻效果越好。且滑移长度不显著依赖于剪切率,润滑油的减阻特性与传统超疏水壁面的减阻特性有相似性。     

国内外船舶气泡减阻技术的研究与应用

介绍国内外船舶气泡减阻技术的研究情况,包括微气泡减阻技术、气幕减阻技术及气膜减阻技术的试验研究和理论计算结果,特别是俄罗斯倾斜板气泡减阻技术、日本微气泡减阻技术和我国薄层气膜减阻技术的特点。同时,介绍国内外微气泡减阻理论方面的力学模型、数值计算方法和重要结论。回顾20世纪60年代以来气泡减阻技术在船舶上的应用情况,特别是俄罗斯、日本及丹麦等国设计的气泡减阻船舶的性能和节能效果。针对我国目前气泡减阻节能技术在实船上的应用现状,分析存在的问题和不足,探讨我国船舶气泡减阻技术的应用前景。     

超疏水性表面上的流体滑移及其减阻应用(英文)

文章从边界层理论出发,探讨了超疏水性表面的微观结构模型,分析了流体的滑移长度对粘性阻力的影响机理.通过水槽和水洞的实验,研究了超疏水性表面在不同流动条件下的减阻特性.实验结果表明:在低雷诺数流动下,最大减阻量可达到8.76%,在高雷诺数流动下,最大减阻量可达到2.63%.     

船舶气泡减阻研究进展

船体表面气体润滑减阻技术在过去近二十年中取得了长足的进步,尤其是实船应用方面。论文全面地回顾了国内外气体润滑减阻研究的历史与现状,将气体润滑减阻技术划分为气泡减阻和气层减阻,重点介绍了气泡减阻的机理、气泡发生方式、气泡减阻理论研究和试验研究。在气泡减阻的实船应用方面,结合国内外成功案例进行分析,提出了我国发展气泡减阻技术需要进一步研究的问题。     

基于仿生的非光滑表面防污减阻技术发展现状分析

基于船舶防污减阻的必要性,从仿生角度出发,介绍了仿生表面防污减阻这种新型环境友好型防污方法。重点分析了鲨鱼、海豚、贝壳和甲鱼壳等仿生原型的表面微结构,探索了这些生物表面微结构的防污减阻机理。基于生物表面微结构的防污减阻效应,阐述了现有的水生生物非光滑表面防污减阻技术,最后对仿生表面防污减阻方法进行了展望。     

船舶减阻技术方法综述

快速性是船舶航行的重要性能之一，新型减阻技术不断被提出推动了船舶快速性的发展。从船舶阻力原理出发，对国内外船舶减阻技术展开分析，指出当前主流研究方向为空气减阻、仿生超疏水减阻、附体减阻以及断级减阻技术；针对这4种减阻技术探究影响减阻效果的主要因素，总结当前减阻技术中存在的问题；并介绍船体加热-超声协同减阻和网状射流等新型减阻技术，对未来减阻技术的发展进行展望，为船舶减阻技术的进一步研究提供借鉴。     

仿生结构化船体表面减阻性能分析

在分析摩擦阻力形成的机理的同时,以减小船舶摩擦阻力为出发点,介绍了在该领域相关学术的发展状况,并在2种理论途径的基础上,分析了气泡船及仿生非光滑表面船的减阻机理.在结合自身实践经验的基础上,提出凸包表面的船体表面结构设计,并对其减阻机理进行了简要的分析.     

平板仿生沟槽表面减阻性能数值模拟研究

本文借助Ansys Fluent开展平板仿生沟槽表面减阻性能数值模拟研究,系统分析沟槽形状、几何尺寸等参数对其减阻性能的影响。数值模拟结果表明,平板表面仿生沟槽的存在使得平板表面的剪应力大幅减小,且可以大幅降低平板表面的速度梯度,因而可以起到减阻的效果。另外,通过对比分析3种不同沟槽形状平板的减阻性能发现,V形沟槽的减阻性能较U形和L形减阻性能更优,在后续设计中可考虑V形沟槽。     

船用梯形微沟槽表面减阻效应的仿真分析与实验验证

基于微沟槽减阻机理,采用改变船体表面微结构形貌尺寸的方法,以期降低船舶运行中的航行阻力,提高船舶航行效率,节约能源。利用流体软件FLUENT对梯形肋条和梯形沟槽两种微结构表面流场进行模拟仿真,分析了沟槽深宽比h/d1的减阻效果。仿真结果表明,对于梯形肋条,在h/d1时均具有减阻效果,当h/d为0.45时减阻效果最好;对于梯形沟槽,当h/d为0.30、0.36时表现为增阻,h/d为0.45、0.60、0.75时表现为减阻,其中当h/d为0.60时的减阻效果最好。为了验证模拟计算的规律,进行了阻力冲刷实验,实验结果与模拟计算结果的对比分析表明模拟计算与实验结论一致。     

聚合物减阻涂层在赛艇上的应用

为了减小赛艇航行中所受摩擦阻力,以改善其水动力学性能,提高运动员比赛成绩,提出了一种符合国际艇联规定的新型减阻技术.采用高压空气喷涂工艺,将涂料喷涂到赛艇表面,涂料固化后形成聚合物涂层.在深水拖曳水池中,分别对常规水力学光滑的赛艇和涂敷聚合物涂层的赛艇进行了阻力测试.测试结果表明,与常规水力学光滑的赛艇相比,涂敷聚合物涂层的赛艇所受摩擦阻力有所下降;随航速提高,摩擦阻力下降的绝对值呈增长趋势,聚合物涂层的减阻效果更加明显。     

气泡减阻实验研究

为研究气泡对航行体侧壁的减阻效果，设计一套试验装置。利用该装置，采用壁面通气法研究不同通气量、不同来流速度和不同通气角度对气泡减阻效果的影响。实验结果表明：在通气量和通气角度不变的条件下，减阻率随来流速度增加而增加；在来流速度和通气角度不变的条件下，随通气量增加，减阻率先增加然后变小；在来流速度和通气量不变的条件下，减阻率随通气角度的增大而减少；在一定的条件下，取得了20．34％的减阻率。     

基于转盘测阻法的天然乳胶涂层减阻特性研究

利用转盘测阻法对天然乳胶涂层的减阻特性进行探究,确定雷诺数和柔性系数对涂层减阻效果的影响。利用喷涂法将天然乳胶和氨水混合溶液喷涂于转盘上,制成一种柔性涂层,并通过密度测定、硬度测定、力学性能测试和动态热力学分析等试验方法对涂层的物理性能与基本力学性能进行测定。试验结果显示,天然乳胶涂层密度为950 kg/m³,与水的密度接近,并且该涂层具有弹性模量低、撕裂强度大,断裂伸长率大的优点。采用转盘测阻法对涂层阻力进行测试,结果显示,当涂层厚度为0.2 mm、转速为100 r/min时达到最大减阻率15%,因此可断定天然乳胶涂层具有良好的物理机械性能,其减阻效果与水流状态及自身柔性存在一定关系,在特定情况下可实现良好的减阻效果。     

两相流相互作用下的船模微气泡减阻性能数值仿真

基于两相流理论,对集装箱船船模进行微气泡减阻性能数值仿真研究。分析船模在不同喷气口位置、流体含气率、不同喷射速度和角度下的流场分布和减阻效果。结果表明：当流体微气泡含量过高时,会增大船体摩擦阻力,流体含气率为10%~20%时,有较好的减阻效果,喷气口位置在距离球鼻艏后缘约三分之一船长附近具有较高的空气覆盖率,喷气口喷气方向垂直向下所产生的减阻效果比喷气方向偏向船侧效果要好,且船速较高时可允许较高含气率流体注入流场并增大减阻效果。     

气泡减阻技术研究进展

总结气泡减阻技术研究的发展历程,介绍微气泡减阻和大气泡减阻技术研究进展,介绍气泡减阻技术的实船应用情况,指出存在的问题和重点技术研究方向.     

沟槽面减阻效果影响因素及减阻机理的分析

采用雷诺平均N-S方程和RNG k-ε湍流模型计算V型沟槽面的湍流边界层流动和粘性阻力,研究了沟槽尖峰形状和雷诺数对减阻效果的影响规律,初步分析了沟槽面减阻机理.指出:沟槽尖峰处的圆角半径越小其减阻效果越好,沟槽斜面中下部的壁面应力随着圆角半径的减小而降低,但尖峰处的局部壁面应力会随之增大;来流速度对沟槽减阻率的影响很大,对于一种尺度的V型沟槽,存在着一个具有较好减阻效果的来流速度范围,而沟槽面在沿来流方向上的布置位置对减阻效果的影响非常小;沟槽尺度对减阻效果很剧烈;沟槽尖峰处生成的二次涡是产生减阻效果的根本原因,二次涡的强弱与沟槽减阻率的大小紧密相关.     

超空泡回转体减阻特性研究

基于Fluent 6.0的气泡两相流模型对超空泡回转体的减阻特性进行了数值研究.内容包括:外形对阻力及超空泡形状的影响;超空泡控制;阻力系数随空泡数的变化规律;长细比对减阻率的影响.超空泡减阻机理的研究表明:超空泡不仅可以减小回转体的摩擦阻力,还可以减小回转体的压差阻力.在外形、长细比和空泡数以及工程可实现性等诸多因素中,存在着一个最佳组合,使减阻率最高.     

A study of jack-up leg drag coefficients

The accurate prediction of drag coefficients for truss-type jack-up legs is an important part of a unit's design. Over the past 14 years, a series of windtunnel tests have been conducted on both square and triangular cross-section leg configurations. A calculation method which closely fits the model test data has also been adopted. A previous paper described the early testing and the MMEC calculation method for square legs. Since then, testing and research have continued on both square and triangular leg designs. This paper describes the more recent testing performed on square legs, and it details the testing and the MMEC method for triangular legs. In addition, the effects of cornerpost design and surface roughness are discussed. Several example calculations are provided in Appendices.