快艇气泡减阻的原理研究与相似比分析

分析了高速气泡船气液两相流动的特征,进而将气泡船复杂的三维流动简化为两维人工气泡绕流的两相流物理模型,并提出了两维人工气泡绕流的相似律.采用有限体积法和VOF方法,建立了两维人工气泡绕流的数学模型.应用该数学模型,研究了气泡船在无气泡、气泡封闭、气泡半开三种典型绕流时的气液流场特性,得到了气泡长度、气泡形状随来流速度、气泡腔压力、气体流量的变化规律,分析得出了在高速气泡船底部形成稳定气泡的力学条件.相关研究结果对高速气泡船底部气泡腔的设计具有指导意义.     

非牛顿流体中运动气泡的形变

为阐明非牛顿流体中运动气泡的形变规律,采用高速摄像仪对运动气泡图像进行了捕捉,根据气泡形变参数变化分析了气泡形变规律.结果表明,流体黏度对气泡形变影响很大.低表观黏度流体中,气泡表现出振荡形变现象,其宽高比随高度也产生了较强的振荡变化,具有明显的特征振荡频率;高表观黏度流体中,气泡宽高比随高度体现出近似的线性变化,气泡呈椭球形.与牛顿流体中的气泡形变不同,非牛顿流体中的局部黏度变化对气泡振荡形变起重要作用,气泡振荡频率随黏度振荡频率的改变而改变.     

爆炸气泡与舰船相互作用的相似性方法研究

在相似方法的基础上,基于修正的Rayleigh模型,描述水下电火花放电气泡(小尺度气泡)与真实的水下爆炸气泡(大尺度气泡)之间的相似关系。总结不同工况下不同尺度气泡运动及其载荷的相似规律,包括气泡半径的变化、迁移量以及射流速度等特征量。在此基础上,将水中气泡与复杂的舰船边界耦合,研究舰船附近气泡的动态特征。研究表明,基于相似性理论可有效地用电火花气泡模拟水下爆炸气泡,可将机理性试验的结果拓展到应用研究中。     

基于PIV的船首气泡下扫现象试验研究

以某载人潜水器支持母船为研究对象,通过气泡发生器产生气泡来模拟该船在正常航行时的气泡条件,气泡的位置通过PIV测量系统观测与拍摄,从而捕捉到气泡流的运动轨迹。通过对试验结果的分析,较为有效的显现了气泡下扫以及气泡流迹的现象,同时证明了船体邻近水域内气泡流迹并不是简单的水平和垂向速度的合成。     

尾流气泡声散射规律研究

通过对气泡半径与其所在深度的关系以及单个气泡散射面积的分析,研究了气泡上浮过程中气泡散射的变化规律。研究结果表明,满足散射峰值频率—深度条件时,气泡散射最强。     

微织结构与微气泡复合减阻数值模拟与特性分析

微气泡减阻可有效降低船体航行中的阻力,微织结构也是降低摩擦力的有效方法之一。采用微织结构与微气泡复合减阻的方法,通过数值模拟的方法研究水流速度、气泡流量和气泡尺寸对减阻率的影响。结果表明：复合减阻率随水流速度的增大而减小;气泡流量增大,减阻率逐渐增大,当壁面附近气泡达到饱和空气量时,减阻率达到最大值后不再随气泡流量的增加而增大;以微气泡直径20μm为界限,20μm以下,气泡尺寸的增大导致减阻率下降,而20μm以上,减阻率基本保持不变,不再随气泡尺寸增大而变化。     

动态

日前,由武汉理工大学教授陈克强领衔的国家科技攻关“863计划”项目——高速气泡船船型研究日前顺利通过科技部验收。气泡船是指采用气泡减阻技术的一类船舶。该课题组对高速船微气泡减阻的机理、气泡产生的方式、     

2个气泡运动的数值模拟

基于VOF模型,借助FLUENT软件,对初始位置不同、大小不同的2个气泡进行了数值模拟,主要研究气泡在上升过程变形、融合、破裂等现象,分析气泡上升过程中的尾迹流,揭示了水平和竖直2个气泡相互吸引、排斥等现象,分析了2个气泡速度场相互影响。研究表明,气泡间距越小,速度场相互影响越大,气泡越容易相互吸引、融合。     

基于AUTODYN的气泡与固定壁面相互作用数值模拟

阐述了AUTODYN软件模拟水下爆炸气泡的原理及过程,通过球对称模型以及重力场中气泡的实验数据与AUTODYN计算结果的对比,验证其在计算气泡脉动时间和压力等方面的计算精度,并以此为基础研究近壁面水下爆炸气泡的动力学特征以及影响因素,包括无量纲距离对气泡形状的影响,固壁面对气泡最大半径、脉动周期和射流时间的影响,以及近固壁面气泡射流速度及压力的变化等,总结相关规律,为气泡的数值模拟研究提供参考。     

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。     

舰船气泡尾流特性研究现状

为了对水面舰船尾流的特性和产生机理进行试验测量和理论分析,并以此为基础,建立舰船气泡尾流模拟系统,进而研制声光复合尾流自导系统.在阅读相关文献及参考相关试验结果的基础上,对舰船气泡尾流特性的研究现状进行了总结.从气泡的运动、气泡的分布及气泡数密度变化规律3方面阐述了尾流中气泡特性;从舰船尾流的长度、宽度、深度3方面描述了气泡尾流几何特性的数学模型;指出了气泡尾流特性的研究方向以及急需解决的2个重要问题.     

人工气泡船水动力性能试验研究

文章通过试验途径研究了人工大气泡船的水动力性能,试验包括气泡船流量测试试验、气泡船通气对比试验、气泡船与其原型船静水及波浪中对比试验。结果表明,气泡船充气后阻力能大大下降;对于气泡船有一最经济的充气流量;气泡船在静水及波浪中的综合性能均优于常规船型,特别是阻力下降很多。根据试验结果还分析了气泡降阻的原理:具有一定压力的气泡腔,除了减小船底的摩擦阻力之外,还支撑了艇的一部分重量,减小了艇体的吃水,从而阻力也相应地减少。     

晃荡对上升气泡运动状态影响分析

船用动力设备中气泡的运动会改变设备的换热特性,在设备晃荡条件下,气泡的运动规律变得更加复杂,严重时会影响系统的安全运行,因此需要对晃荡条件下的气泡运动行为进行分析。依托晃荡实验台架,采用高速摄影仪对静止和晃荡2种工况下的气泡运动状态进行采集,对实验数据进行分析处理,得到气泡上升轨迹和速度等参数。由对比实验分析得到晃荡工况下气泡运动的若干特性。晃荡条件下气泡运动特性可为船用动力装置存在气泡的设备的换热特性研究提供基础。     

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.     

舰船尾迹气泡上浮运动的一种表征模型

气泡上浮运动是舰船远程尾迹气泡场特征的重要组成部分。本文首先综合考虑水中气泡上浮与扩散传质这两个相互耦合的因素,构建了能够表征舰船远程尾迹场中气泡上浮运动的数学模型：进而利用该模型计算分析了远程尾迹气泡场气泡数密度的变化情况,计算值与实验结论吻合良好,表明了该模型的正确性与应用价值。     

近自由面水下爆炸气泡现象的数值仿真研究

为了解近自由面水下爆炸气泡的动态特性,利用大型商业有限元软件MSC.Dytran,对3种典型工况下的气泡现象进行了数值仿真.仿真结果显示,气泡射流方向与基本理论预测结果基本一致,仿真气泡半径与理论计算吻合较好.由此得出结论,可以利用MSC.Dytran来模拟水下爆炸气泡现象,并对气泡射流现象进行研究.     

水下爆炸气泡脉动载荷影响因素分析

水下爆炸中的气泡脉动载荷是造成舰船总体毁伤的主要原因,气泡载荷的准确预报对舰船抗冲击设计研究具有重要意义。基于势流理论,建立考虑气泡迁移效应、自由表面效应的水下爆炸气泡脉动模型。通过不同药量和气泡沉深的算例,对迁移效应和自由表面效应这两种影响因素进行比较分析,详细讨论两种因素对气泡脉动的影响。最后,将气泡脉动载荷的数值计算结果与经验公式进行对比和验证,结果吻合良好。算例表明,考虑迁移效应、自由表面效应的气泡脉动模型可以对中场水下爆炸气泡脉动载荷提供较准确的预报。     

湍流破碎波中气泡运动与动力性能分析

应用自适应网格加密技术对三维波浪破碎进行研究。通过对波浪破碎动力学特征进行分析,将波浪破碎划分为波浪稳定发展、砰击自由面、空腔坍塌、飞溅射流形成和波浪破碎后耗散5个阶段。通过分析气泡尺寸和速度的统计数据发现,大部分气泡半径为2～3 mm,气泡的数密度符合-10/3幂律分布。在波浪破碎过程中气泡的纵向速度占主导地位。随着半径的增加,气泡的平均速度增大,而气泡最大速度呈现递减趋势。进一步分析湍流旋涡与气泡运动之间的关系发现,表面张力的增大会诱导波浪提前破碎,并阻止大尺度气泡分解为小尺度气泡。     

水下爆炸气泡脉动载荷影响因素分析

水下爆炸中的气泡脉动载荷是造成舰船总体毁伤的主要原因,气泡载荷的准确预报对舰船抗冲击设计研究具有重要意义。基于势流理论,建立考虑气泡迁移效应、自由表面效应的水下爆炸气泡脉动模型。通过不同药量和气泡沉深的算例,对迁移效应和自由表面效应这两种影响因素进行比较分析,详细讨论两种因素对气泡脉动的影响。最后,将气泡脉动载荷的数值计算结果与经验公式进行对比和验证,结果吻合良好。算例表明,考虑迁移效应、自由表面效应的气泡脉动模型可以对中场水下爆炸气泡脉动载荷提供较准确的预报。     

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.