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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

通过微气泡控制湍流边界层减阻的研究与进展

本文介绍了微气泡减阻的研究现状，阐述了湍流状态下微气泡减阻机理，对平板、轴对称体和船模等典型微气泡减阻试验做了简述后，总结了微气泡减阻理论研究的成果及相关的数学模型，最后介绍了微气泡减阻在实船上应用的现状和前景。     

水中气泡幕对噪声的屏蔽效果研究

本文基于水中气泡幕对宽频带噪声有良好衰减和屏蔽作用的基本原理,阐述了水池船模气泡幕降噪实验所取得的一些研究成果,其中包括喷气管布置方式、喷孔直径、喷气量等不同时的降噪量对比、喷气环截面形状与阻力的关系等.研究表明,喷气管分散布置方式时噪声的屏蔽效果较好;梯形截面喷气环的阻力明显比半圆形截面小;在实验所取喷孔直径及喷气量范围内,开孔直径和船模速度的改变亦对其屏蔽效果有较大影响.     

气层减阻技术关键因素影响研究

气层减阻技术可显著降低船舶阻力、减少燃料消耗和提高船舶航速,是极具潜力的新型船舶节能减排技术。在大型低速船上应用这项技术时,由于航速低的原因,气层难以在船舶底部生成并稳定保持。针对气层减阻技术在低速船上的应用难点,以平板为研究对象,进行气层生成和稳定保持的试验研究,探讨低速状态下气层能稳定保持的关键因素。对喷气方式、喷口形式、气流量等因素展开了系列研究,获得了低速状态下具有较高减阻节能效果的喷气模式(喷气方式+喷口形式)和关键设计参数。以此为设计依据,对船模、百吨级原理样船以及沿海实船等为多种尺度的研究对象进行气层减阻方案设计,获得了较好的减阻节能效果,船模减阻率达47%,百吨级原理样船净节能11%,沿海实船净节能7%以上,验证了寻获的气层减阻关键因素的合理性和有效性,为气层减阻技术在低速船上应用提供技术支撑。     

Comparison of Microbubble and Air Layer Injection with Porous Media for Drag Reduction on a Self-propelled Barge Ship Model

Ship resistance issues are related to fuel economy, speed, and cost efficiency. Air lubrication is a promising technique for lowering hull frictional resistance as it is supposed to modify the energy in the turbulent boundary layer and thereby reduce hull friction. In this paper, the objective is to identify the optimum type of air lubrication using microbubble drag reduction (MBDR) and air layer drag reduction (ALDR) techniques to reduce the resistance of a 56-m Indonesian self-propelled barge (SPB). A model with the following dimensions was constructed: length L?=?2000 mm, breadth B?=?521.60 mm, and draft T?=?52.50 mm. The ship model was towed using standard towing tank experimental parameters. The speed was varied over the Froude number range 0.11–0.31. The air layer flow rate was varied at 80, 85, and 90 standard liters per minute (SLPM) and the microbubble injection coefficient over the range 0.20–0.60. The results show that the ship model using the air layer had the highest drag reduction up to a maximum of 90%. Based on the characteristics of the SPB, which operates at low speed, the optimum air lubrication type to reduce resistance in this instance is ALDR.     

耙头高压冲水喷嘴流场数值模拟及分析

针对耙吸挖泥船耙头高压冲水喷嘴流场,采用CFD技术进行喷嘴淹没射流数值模拟计算.分析不同喷嘴直径、不同出口射流速度、不同靶距及不同射流喷射角度条件下的射流压力.其他参数不变的情况下,泥面所受到的压力随射流速度的提高而增大、随喷嘴直径增大而略微增加、随靶距增大而减小.喷射角度为90°、60°和45°时,同等射流速度下喷射...     

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.     

大型半潜船球首设计及阻力性能对比分析

在船速较低的肥大型船舶上,安装球鼻艏会在很大程度上降低船舶受到的阻力,球艏对艏部型线有缓和的作用,使船舶艏部水流发生改变,减少艏底漩涡,从而降低形状阻力,进而改善船舶的水动力性能。根据设计的10万吨级半潜船船型的船模静水阻力试验情况,该船舶船首由直立型改为球鼻艏型式,通过对原型和改进后的船型的阻力试验结果进行对比,检验了新船型的减阻性能,同时对船尾伴流场进行了研究,发现船首形状改变对尾部半流场影响不大     

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。     

重庆—上海江海直达船船型优化

为提升重庆—上海过闸型江海直达船的航行性能和经济性,以满足通过三峡船闸船舶吃水要求的江海直达船型为研究对象,以排水体积和浮心纵向位置为约束条件,采用理论设计与数值计算相结合的方法优化船型。采用Rhinoceros软件进行船体建模,采用CAESES（FRIENDSHIP-Framework）软件进行半参数化模型优化,采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）技术进行阻力预报。通过2轮优化对比,优化船型在10 kn、13 kn和16 kn航速下的总阻力相比原始船型分别减小10.76%、8.18%和1.86%。研究表明：垂直艏+下凸艉组合的减阻效果要优于尖直艏+平直艉组合,且航速越低,减阻效果越明显;采用多航速验证方法能有效避免固定航速船型优化的局限性。研究结果可供江海直达船的船型设计和建造参考。 关键词：型线优化;总阻力;多航速;江海直达船;SBD技术     

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。     

采用微气泡缩减高速船拖曳阻力(英文)

Ship hull form of the underwater area strongly influences the resistance of the ship.The major factor in ship resistance is skin friction resistance.Bulbous bows,polymer paint,water repellent paint(highly water-repellent wall),air injection,and specific roughness have been used by researchers as an attempt to obtain the resistance reduction and operation efficiency of ships.Micro-bubble injection is a promising technique for lowering frictional resistance.The injected air bubbles are supposed to somehow modify the energy inside the turbulent boundary layer and thereby lower the skin friction.The purpose of this study was to identify the effect of injected micro bubbles on a navy fast patrol boat(FPB) 57 m type model with the following main dimensions:L=2 450 mm,B=400 mm,and T=190 mm.The influence of the location of micro bubble injection and bubble velocity was also investigated.The ship model was pulled by an electric motor whose speed could be varied and adjusted.The ship model resistance was precisely measured by a load cell transducer.Comparison of ship resistance with and without micro-bubble injection was shown on a graph as a function of the drag coefficient and Froude number.It was shown that micro bubble injection behind the mid-ship is the best location to achieve the most effective drag reduction,and the drag reduction caused by the micro-bubbles can reach 6%-9%.     

平头方尾运输船舶开槽减阻研究

传统的平头方尾型运输船舶具有载重大、吃水浅的优点,但航行阻力大,航速低。本文针对该船型开展了开槽减阻的研究,通过在船底开设纵向槽道对艏部高压区进行引流减阻,来实现该船型高航速运输的要求。船体流场及阻力采用RANS方法进行数值模拟,并计及航行姿态的变化。通过改变槽道长度、宽度以及槽道顶板的形状,研究了减阻效果与槽道几何尺度的关系。针对某型船船的研究表明,船底槽道的引流量是影响减阻效果的主要因素,当采用纵向贯穿的槽道,且槽道顶板的折角点设在船中时,可使原船30节时的减阻率达到24%以上。