船舶吃水对微气泡减阻影响的水池试验研究

针对大比尺平底型船模,分别在船模底部的首、中部安装多孔硅材料板以生成微气泡,在大型拖曳水池中进行了不同拖曳速度、不同喷气量下,吃水对减阻率影响的对比性试验.试验结果表明,仅在首部喷气以及首、中部等量同时喷气且Fr≤0.646时,浅吃水时的减阻效果好.Fr＜0.646时,浅吃水下纵倾角较深吃水明显减小;Fr＞0.646时,浅吃水下纵倾角增幅较深吃水大.试验结果为实船应用提供了有用的依据.     

控制气泡逸出技术的计算研究

采用欧拉方法的混合两相流模型及标准k-ε湍流模型,对采用控制气泡逸出技术的高速艇进行数值模拟,得到模型在喷气与不喷气状态下航行时的粘性流场,探讨不同控制气泡逸出方法对摩擦阻力减阻效果的影响,以寻求出使气泡在艇底保持及运动稳定性较好的最佳减阻措施。计算结果表明:在艇底加防溅条没有达到预期的减阻效果,优化后的新船型明显提高微气泡的减阻率。     

平板微气泡减阻预报及影响因素研究

假定气-液两相流均匀混合,且微气泡在水流中存在滑移,运用流体计算软件Fluent中的混合多相流模型对平板微气泡减阻过程进行数值模拟,研究了微气泡流的减阻机理及喷气速度与主流速度之比、微气泡大小、空隙率分布等对水中运动平板减阻效果的影响规律,并指出微气泡减阻率为喷气速度与主流速度之比的非线性对数函数,且存在相对饱和喷气速度,同时建立了一个平板微气泡减阻率大小的预报模型,并从理论上对减阻效果进行了预报。     

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。     

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、不同流体含气率、不同喷射速度和不同喷射角度下的流场分布和减阻效果。结果表明:当流体内的微气泡含量过高时,会增大船体的摩擦阻力,流体的含气率为10%～20%时有较好的减阻效果,喷气口在距离球鼻艏后缘约1/3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产生的减阻效果比喷气方向偏向船侧产生的减阻效果要好,且船速较高时可允许含气率较高的流体注入流场并增大减阻效果。     

滑行艇气层减阻试验

通过对三种艇型及不同的喷气方式的模型试验，研究了断阶滑行艇模型气层减阻的实施途径及减阻效果，取得了总阻力减少25％以上 结果，提出了一种适合于采用气层减阻技术且阻力性能优良的艇型。垂向舭板可减少滑行艇的高速阻力，但阻力减少的程度与艇型有关。底部斜升角较小时，有利于气层减阻。气层减阻率大于舭板减阻率，对底部斜升角较大且艇底扭曲、艏部设置适当的纵向防溅条、舯部设置楔形板的深Ⅴ型艇，垂向舭板对其阻力的影响不大，这种深Ⅴ型艇的阻力性能较佳，若喷气，其总阻力还可进一步减少15％。孔喷时，孔径采0.5mm或1.3mm对模型阻力的影响甚微，采用0.4mm缝叶的模型阻力比用孔喷时略大，采用较大孔喷或缝喷有利于工程上的喷气实施。     

低速船舶微气泡减阻数值研究

为了研究船舶微气泡减阻规律,本文基于OpenFOAM中两相欧拉数值模型,对低速散货船进行微气泡减阻数值研究。对气液两相分别建立控制方程,考虑五种相间作用力及气泡聚合和破碎,采用考虑气泡影响的改进k-ε湍流模型,忽略自由面影响,采用叠模模型研究喷气量、气泡直径、航速及吃水等因素对船舶微气泡减阻的影响,分析气体体积分数、湍流粘度和气泡直径分布等。结果表明：微气泡可以同时减少船舶摩擦阻力、粘压阻力和总阻力;喷气量直接影响减阻率,喷气量越大,减阻率越高;较小气泡的平均气体体积分数较大且气体分布更均匀,同时湍流运动粘度较小,可以更有效减阻;气泡沿着流向会聚并,气泡越小聚并越剧烈;较高航速和小吃水更有利于减阻。     

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。     

B.H.型气泡滑行艇阻力模型试验研究

通过艇底开槽的B.H.型气泡滑行艇(简称为B.H.艇)气层减阻的模型试验,初步研究了不同因素(气流量、艇速、开槽方式等)对B.H.艇的气层减阻规律及运动姿态的影响,并对艇底流态进行了较全面的观测.结果表明:当空腔在艇底的投影面积相同时,不同开槽方式对喷气减阻效果的影响不大;航速与气流量均是影响B.H.艇气层减阻效果的重要因素,在饱和气流量下B.H.艇的相对减阻率可达50%以上,绝对减阻率可达15%以上.开槽使得不喷气时的阻力增加较大,但空腔对保持气层的稳定性是相当有利的.     

喷气方式对断阶滑行艇阻力的影响

本文通过试验,研究了不同喷气方式对断阶滑行艇模型阻力的影响,取得了总阻力减少２５％的效果,并得出了以下结论：（１）孔喷的减阻效果明显优于缝喷;单侧喷气的减阻效果略差于双侧喷气。（２）沿折角线垂向下弯式的防溅条的阻力性能优于沿折角线水平式的防溅条,前者的单位排水量阻力比后者的略小３％～４％。     

开槽蜗舌对离心风机流场特性的影响

针对风机叶轮射流尾迹与蜗舌产生的动静干涉流场的特性,研究风机内部动静干涉流场的相互作用机制.以某离心风机为研究对象,通过对传统蜗舌的结构进行改进,在叶轮出口长度对应的蜗舌展向长度范围内开槽,采用数值计算的方法分析开槽结构的槽宽、槽深和间距等参数对离心风机的气动特性和风机内部流场分布的影响规律.计算结果表明:开槽蜗舌有助于改善风机的运行效率,减小尾迹对蜗舌前缘的冲击,延缓蜗舌下游边界层的流动分离,削弱叶轮与蜗舌之间的动静干涉作用,抑制蜗壳壁面的非定常压力脉动.     

船用离心风机叶片开槽对气流流动特性的影响

提出船用离心风机叶片开槽处理技术,以改善叶轮通道气体流场。利用商用CFD软件,分别对某型离心风机原始叶轮和开槽叶片叶轮进行三维数值模拟,并详细对比分析了2种叶轮模拟结果。结果表明:开槽处理可抑制射流-尾迹现象进而减小由此引起的叶片尾缘漩涡,并减弱通道内漩涡,从而提高通道内流场稳定性,增加通道流通面积,并且在一定范围内提高叶轮性能。     

舰船水幕喷头结构优化设计及性能分析

针对传统舰船水幕喷头射程短、覆盖面积小的问题,本文通过对其内部结构优化设计,采用CFD软件数值模拟,研究其工作过程中气体和液体的两相流动,计算得到喷头射流水幕的速度分布、流量、流量系数等喷射性能参数,获得其喷射规律和特性。分析表明:沿喷头出口轴线方向,水流速度随距离增加而减小,速度衰减速率也在减小;同尺寸大小喷嘴,水流出口速度随压力增大而增大;经优化设计后的水幕喷头可以显著提升喷射性能。研究结论对于工程设计具有重要的参考价值和指导意义。     

Experimental study on microbubble ejection method for frictional drag reduction

The formation of air bubbles ejected through a single hole in a flat plate was observed in uniform flow of 2–10 m/s It was confirmed that the size of the air bubbles was governed by main flow velocity and air flow rate. According to previous experiments, the size of the bubbles is an important factor in frictional drag reduction by microbubble ejection. Usually bubbles larger than a certain diameter (for example 1 mm) have no effect on frictional drag reduction. Three different methods were proposed and tested to generate smaller bubbles. Among them, a 2D convex (half body of an NACA 64-021 section) with ejection holes at the top was the best and most promising. The diameter of the bubbles became about one-third the size of the reference ejection on a flat plate. Moreover, the bubble size did not increase with increasing flow rate. This is a favorable characteristic for practical purposes. The skin friction force was measured directly with a miniature floating element transducer, and decreased drastically by microbubble ejection from the top of the 2D convex shape.     

螺旋桨射流对抛石基床冲刷的数值计算

抛石基床遭螺旋桨射流冲刷破坏而危及码头使用安全,是近几年码头检测评估工作中的新问题,国内海港工程设计规范中未考虑船舶尾流作用对抛石基床的冲刷影响。采用计算流体力学软件Fluent建立螺旋桨射流流场三维数值模型,并利用螺旋桨射流流速的理论研究成果对数值模型进行验证。通过数值模拟,研究螺旋桨射流在码头岸壁和基床底面影响下的变化规律,建立了船舶尾流在重力式码头前沿的最大冲刷流速及其位置的经验公式。     

一种空气雾化喷嘴的仿真研究

全面考虑了液滴的破碎、碰撞以及液相与气相的耦合作用,建立了二次射流空气雾化喷嘴喷射雾化模型,以水模拟航空煤油,空气作为雾化工质气体,采用相应的算法进行了数值仿真研究,得到了二次射流空气雾化喷嘴雾化效果较普通空气雾化喷嘴好的结论。     

船舶结构气幕减振的模型试验研究

对船舶结构气幕减振的模型试验研究作了介绍和讨论。试验模型为铝质，平底，尖首，方尾，开口薄壁型船模，试验在循环水槽中进行，通过2种吃水，2种喷气孔径，5种喷气流量，2种水流速度的选择组合，研究了气幕对船模自由振动，强迫振动和振动阻尼的影响，试验结果表明，气幕对船舶结构的强迫振动响应有较大的抑制作用，有明显的降噪效果，气幕减振有重要的应用前景。     

新型爪式水泵应用于水下航行器喷水推进上的性能分析

为研究新型爪式水泵应用在水下航行器喷水推进上的性能,对该新型爪式水泵的流场特性、不同转动角度下内泄对扬程的影响等性能进行分析。建立水泵喷水推进数学模型,并进行推力模拟试验及其影响因素分析。结果表明:新型爪式水泵在角度0°时的泄漏量最低,在角度40°时的泄漏量最高,在不同尺寸间隙下,随着角度改变,泄漏量变化趋势一致,而随着间隙的增大,内泄量增多。推力随喷嘴尺寸变化的试验结果与理论模型预测值的变化趋势一致,推力与喷嘴直径呈负相关关系。随着航行器航行速度的增加,喷水速度增大,且增大的幅度会比航行器航行速度的增加量大。     

LBM方法数值模拟飞溅流动的影响因素研究

文章采用格子Boltzmann单相自由面模型模拟飞溅流动问题,以楔形体入水问题为模拟对象,研究了网格精细度、计算域、水动力相似参数对飞溅效果的影响。研究表明,亿量级网格下入水飞溅射流及飞溅端部的细小液滴结构十分清晰,模拟结果明显优于百万量级、千万量级网格;计算域超过模型尺度3倍后飞溅效果不受影响;以自由液面面积S的增长率η为比较参数,当Re数、Fr数较小时对飞溅效果有明显影响,大于一定数值后,飞溅效果基本一致。