多相流作用下船舶前缘引流减阻物理控制方法

在多相流的影响作用下,为了降低船舶航行所受的阻力,针对低速船舶在其前缘开孔引流探索减阻效果并设计物理控制方法。首先对船舶航行环境中的多相流形态和作用效果进行检测,从动力和阻力2个方面对船舶的受力情况进行分析,根据检测结果和受力分析结果,搭建前缘引流物理模型和控制方程实现船舶减阻控制。经过对比实验得出结论:与传统的控制方法相比,在船舶前缘引流减阻物理控制方法的控制下,总耗油量节省了14.9 url,且减阻率提升了6.2%。     

中低速船底部断阶对流场和阻力的影响

为分析断阶对船舶流场及阻力性能的影响,针对一条中低速船舶在断阶位置、断阶高度不同,不计自由面影响且船舶无攻角条件下,采用有限体积法和SIMPLEC算法,耦合求解Navier-Stokes方程和连续性方程。采用SSTk-ω两方程模型,压力采用标准格式;动量方程、雷诺应力封闭方程均采用二阶迎风格式。计算结果与原型船模的对比性分析显示:与原型船模相比,断阶导致船模总粘性阻力均略有增加,断阶位置下游一定范围内的船体壁面切应力以及压力系数均有所增加;断阶高度为船舶吃水的0.037 5%与0.025%相比,断阶高度小阻力增幅小;与14站处断阶相比,位于13站处的断阶方案的船模总阻力系数较大。     

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。     

船舶前缘阻力场的数值模拟分析

通过减轻船舶前缘阻力来提高船舶运输效率是提升水上运输竞争力的一种方式。本文分别对原始船模、底部断阶模型、引流后底部断阶模型、无断阶模型进行实验计算分析,研究在不同的几何参数下,前缘柱体新通道对船面产生的压力分布方式、切应力布局方式以及对阻力大小的影响,通过仿真实验研究确定最佳减阻参数。     

基于Fluent的船体界面阻力分析

基于 Fluent对船体界面阻力进行仿真分析,采用 VOF的方法模拟船体在空气和水两相中的运动情况,获得不同航速下船体摩擦阻力和压差阻力的关系。考虑方型系数对于船体阻力的影响,建立多个方型系数不同的模型来实现Fluent仿真模拟,获得一定傅汝德数下船体方形系数与船体阻力的关系,得到船舶阻力相对优化的船型。该方法通过更加精确的建模可为船体型线减阻提供更多的依据。     

基于Fluent的船体界面阻力分析

基于Fluent对船体界面阻力进行仿真分析,采用VOF的方法模拟船体在空气和水两相中的运动情况,获得不同航速下船体摩擦阻力和压差阻力的关系。考虑方型系数对于船体阻力的影响,建立多个方型系数不同的模型来实现Fluent仿真模拟,获得一定傅汝德数下船体方形系数与船体阻力的关系,得到船舶阻力相对优化的船型。该方法通过更加精确的建模可为船体型线减阻提供更多的依据。     

船体阻力计算中模型常(系)数的敏感性研究

在湍流模型方程的模型化过程中,引入了有一定取值范围的模型常(系)数。这些模型常(系)数的推荐值是否适用于船舶阻力的数值计算还有待确认。文中选取常见的标准k-ε和k-ω二方程湍流模型作为研究对象,变动湍流模型中的常(系)数并用于Wigley船型和数学三体船型的阻力计算。从文中的数值计算可以看出:分别修正标准k-ε模型中的5个系数均不影响船体压阻力分量;除模型系数σk外,其他4个模型系数的修正对船体摩擦阻力有不同程度的影响。修正k-ω模型中的3个模型系数对压阻力分量无影响;对摩擦阻力分量有不同程度的影响。研究表明采纳这两种湍流模型用于船体阻力性能研究时船体摩擦阻力分量的计算值受模型常(系)数变动的影响不能忽略,而船体压阻力的计算结果对模型常(系)数不敏感,各模型常(系)数的推荐值对船体压阻力的计算具有鲁棒特性。文中研究有助于明确湍流模型常(系)数在船舶阻力性能研究中的适用性,而且有助于理解数值计算中湍流模型导致的误差和不确定因素。     

离散格式和网格数量对过渡型艇粘性阻力的影响

采用对比性数值分析方法研究高速气泡船减阻效果,针对某优良过渡型艇,为喷气需要预先进行断阶,不计自由面影响,采用有限体积法和SIMPLE算法,湍流模型为k-ε两方程,耦合求解N-S方程和连续性方程,数值分析不同离散格式、不同网格数量对艇体在不喷气状态下遭受的特性阻力影响。计算结果显示：二阶迎风格式比一阶迎风格式数值结果与试验结果符合较好;网格数量达到95万,计算结果与试验结果符合较好。     

前缘引流对船舶阻力及伴流分布的影响

针对一双艉无球艏的中速船,采用SIMPLEIC算法和SSTk-ω湍流模型对原型和开孔引流模型进行数值模拟计算,探讨不同开孔形状、开孔尺寸和出流位置对船舶艉部流场特性和阻力的影响规律。计算结果表明：开孔引流在本船上未能实现有效减阻,但不同开孔参数下阻力变化规律明显;引流对船舶艉部流场分布影响显著,改善了艉轴处伴流场分布,对提高螺旋桨推进效率有益。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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%.     

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.     

风载荷作用下滑行艇运动响应的数值预报

本文基于计算流体力学软件FLUENT,编制了耦合求解滑行艇纵向运动预报程序,开展了三维滑行艇模型在风载荷作用下运动响应的数值预报。重点分析了风载荷对滑行艇升沉、纵摇运动和升力、阻力的影响,定量给出了风载荷引起的阻力占总阻力的比重。     

绿色能源双体无人艇艇型综合优化分析

为了实现绿色能源双体无人艇的艇型最优设计,本文对艇型设计的多目标策略和智能优化算法进行研究。首先综合考虑太阳能和风帆以及快速性、操纵性、耐波性和抗倾覆性四大性能对艇型设计的影响,建立综合优化数学模型;然后基于遗传算法改编的综合优化设计软件确定总目标函数最优情况下的遗传次数、种群规模、变异概率和交叉概率;最后采用外部分层策略对遗传算法结合粒子群和混沌算法,进行了混合算法的比较分析。结果表明,相比于单一遗传算法,混合算法的优化效果更好,且在不同载波概率情况下,遗传算法+粒子群算法的优化效果均为最佳,外部分层策略可以有效提高寻优效果。