基于大涡模拟的槽道微气泡减阻数值模拟

以大涡模拟和mixture两相流模型计算微气泡对湍流边界层的影响,以达到减小湍流边界层阻力的目的.数值模拟中,在同一水流速度和不同气泡喷射速度下,阻力随着气泡的喷射速度的增加而得到很大的减小,但当气泡量达到饱和时,减阻效果下降.数值模拟结果表明,在湍流边界层中注入微气泡是一种有效的减阻方式.     

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。     

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。     

电解水式驻留微气泡减阻技术及其可行性分析

在通常的气幕减阻技术中,由于气泡的不断流失容易产生能耗增大、减阻效果下降等问题。该文提出一种利用驻留微气泡的减阻技术。微气泡产生于阵列布置于航行体表面的微凹坑中,并在航行过程中稳定驻留于凹坑处,从而有效降低局部摩阻系数;微气泡通过电解水产生,并可反过来对电解反应进行自适应控制,从而自适应地控制供气量和气泡形状。通过初步数值模拟和实验,对影响气泡驻留的因素进行了定性的分析。设计了一种电解反应自适应控制的凹坑结构,用于气泡形状和电解反应的自动控制。通过数值计算,对一特定条件下驻留微气泡的理论减阻能力进行了讨论。     

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。     

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。     

基于VOF方法的驻留微气泡形状稳定性仿真研究

亚微米级的驻留微气泡在强剪切流中发生变形,会导致将气泡简化为完全滑移刚性壁面而进行的数值仿真出现明显误差.文中采用了VOF方法求解驻留微气泡的气—液两相流平板Couette流场模型,利用剪切流粘性力与表面张力的比值毛细数Ca作为判据,得到了Ca=0.1作为亚毫米尺度微气泡在剪切流中发生显著变形的临界值,并将Ca＜＜0.1作为将驻留微气泡简化为完全滑移刚性壁面的适用条件.通过仿真得出滑移长度随毛细数增大而减小,当毛细数超过0.1时,驻留微气泡起到增阻作用.在微气泡不发生严重变形的前提下,选择尽量大尺寸的气泡有利于提高减阻效果.     

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。     

B.H.型气泡高速艇规则波中纵向运动试验研究

在高速拖曳水池里开展了B.H.型气泡高速艇静水阻力及规则波纵向运动模型试验,研究了气流量、航速、波长、波高等因素变化对B.H.艇波浪中阻力、垂荡、纵摇、垂向运动加速度的影响。探讨了波高变化对饱和气流量的影响。研究结果表明:静水中B.H.艇相对减阻率可达36.25%,绝对减阻率可达20.79%,迎浪规则波中相对减阻率可达32.3%,与静水减阻效果基本相当,波长变化对减阻率的影响甚微。气层并未导致纵向运动性能的恶化,相反在一定航速与波长范围内,艇底气层能改善垂荡与纵摇运动;饱和气流量下,阻力、垂荡、纵摇及重心垂向运动加速度随波高呈非线性变化,航速增大非线性增强,波长增加非线性降低;波浪中饱和气流量随波高呈非线性变化。     

随机粗糙与沟槽面复合结构减阻特性研究

采用旋转锥板式剪切力的测试系统,测试了不同试样对甘油和水混合液的减阻性能.制备得到的优化复合结构在剪切率为200s-1～2000s-1时,可实现减阻约从130%～19%,且减阻率随剪切率的增加呈递增趋势;在剪切率2000s-1时,最大减阻可达18.9%分析表明,粗糙结构、沟槽结构及沟槽的排列方式共同作用,实现了试样减阻效果大幅度提高和减阻范围的扩展.     

水下微结构功能表面设计及减阻特性研究

研究表明,当物体表面存在微结构时,可以减小阻力,降低能源消耗。本文设计M形和V形两种微结构,使用SST k-ω湍流模型,分析微结构的减阻机理及影响微结构减阻的因素。将V形微结构应用于水下航行器模型,探讨湍流状态下外流域的减阻率和流场变化。结果表明微结构能够减缓湍流猝发过程,降低湍流猝发强度,改善边界层的流态；当微结构夹角为60o、高度小于0.04mm时具有较好减阻作用；V形微结构在水下航行器模型中的减阻率达到1.77%,且减阻率随布置面积增加而增大。     

微气泡层减阻的边界层模型计算

以流体中光滑平板为例,建立微气泡层覆盖平板的气液简单边界层模型,采用平板层流理论,对给定的气泡喷射参数和流体特性参数计算了微气泡层状态下平板的摩擦阻力,结果显示微气泡层对平板有明显减阻效果;最后给出了气体边界层的速度分布和剪切应力分布.     

含微气泡二相湍流边界层减阻理论计算

利用边界层中注入微气泡降低固体壁面摩擦阻力的方法是一项有实用价值且有待进一步研究的减阻技术.本文以含有微气泡的湍流边界层为研究对象,以气液二相流理论为基础,建立了二相湍流边界层控制方程,在对控制方程进行详细讨论的基础上,利用差分网格法进行了求解,计算结果表明微气泡具有明显的减阻效果.最后对影响减阻效果的因素进行了分析,并指出了今后的研究方向.     

微气泡流的数值模拟及减阻机理分析

本文采用k-ω湍流模型,进行微气泡流动的数值模拟.在数学模型中,将气泡流作为混合物的流动处理,同时考虑了气泡与水的相对运动.应用该模型,计算了不同气泡直径及喷入速度、不同主流速度下某三维回转体周围微气泡分布及其阻力变化,计算结果与已发表的试验研究的结论相当吻合.对计算结果的分析表明,微气泡减阻的关键是生成足够小的气泡并使之尽量附着在物体表面附近以获得较高的空隙率.     

过渡型艇微气泡减阻喷缝尺度影响数值计算(英文)

针对一优良过渡型艇,为喷气需要进行船底断阶,采用有限体积法、SIMPLEC算法和k-ε两方程湍流模型,不计自由面影响,计及气泡与水的相对运动,数值求解包含气液两相流的雷诺平均控制方程组。获得不同喷缝宽度、不同傅汝德数和相对喷气速度下的船舶的阻力特性和气泡浓度分布规律并与模型实验结果进行对比分析。结果显示:在获得高减阻率条件下,Cn随Fr增加而呈非线性增加,当Fr=0.779时,Cn达到最大值;在获得25%减阻率的条件下,Fr=0.973时相对喷缝宽度为0.112所需喷气量最小即喷气所消耗功率最小。计算结果可为高速气泡船喷缝参数设计提供参考。     

凸台对多载荷AUV载荷段阻力的影响

为了研究凸台对多载荷AUV载荷段的阻力影响,基于SST k-ω湍流模型,分别对原始模型和带凸台结构模型进行了流场的数值计算.通过分析凸台截面形状及尺寸对流场的影响,研究了凸台减阻机理.结果表明,尾部凸台的出现能够避免过早的发生流体分离,降低模型尾部形成的尾涡强度和尺度,从而减小模型的压差阻力,达到减阻效果.并且,圆柱形凸台的减阻效果并不是随着尾部凸台的直径和长度增加而单调增加,而是有一个较合适的直径及长度进行匹配,从而达到最佳的减阻效果;半球形凸台对模型减阻效果很好,但在一定范围内减阻效果不随直径的增加而增强;组合型凸台的减阻效果比单纯圆柱形凸台和半球形凸台都要好,减阻量可以达到50％以上.     

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。     

振动流变对泥浆管道输送的减阻效果研究*

泥浆在管道输送中阻力大导致能耗高,严重制约疏浚生产效益。本文将泥沙流变学的振动加载流化技术应用到泥浆管道输送减阻研究中,在管道系统中开展振动流变减阻效果研究。结果表明,减阻效果随着振动频率的增大先显著提升后趋于平缓;随着体积浓度的增加而增强,但其增强的速度逐渐减小;随着输送流速的增加而不断减弱直至趋于平稳。且对于试验泥样,存在一个最优振动频率为40 Hz,此时系统达到了最佳减阻效益状态;在内径为100 mm管道中,当泥浆体积浓度为29.94%、管道输送流速为0.9 m/s、微幅机械振动频率为100 Hz时,对于中值粒径为31 μm的奉贤海滩泥沙能减小20%以上的阻力损失;最后,提出了泥浆管道输送振动流变减阻的计算模型。     

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.