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.     

二维船舶微气泡减阻数值模拟

为了研究来流雷诺数、微气泡浓度等因素对减少船舶摩擦阻力的影响,采用Lam-Bremhorst低雷诺拓展的K-ε模型,应用相间滑移算法,考虑了气-水两相的相间阻力、相间升力、相间压力和相间虚质量力以及气泡对湍流的作用,对二维平底型船舶,在船首底部喷射微气泡,进行了微气泡减阻的数值模拟.结果显示：提高边界层内气泡浓度是减阻的重要因素,而来流雷诺数过高对减阻不利.     

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。     

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。     

微气泡减少平板摩擦阻力的数值模拟

为了研究微气泡减少平板摩擦阻力的准确机理，本文对微气泡从平板的上，下表面引入，考虑或忽略压力的影响等情况进行了计算。结果表明：本文计算分析与前人的试验数据在定性上是一致的。     

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.     

微气泡减阻理论分析及构想

提高船舶和气艇的速度具有非常重要的意义,通过引入微气泡的方法可减小船(或艇)在水中的摩擦阻力.这里提出了研究课题的设想,提出了边界条件和控制方程,并对方程进行了初步处理.     

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。     

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。     

湿陷性土引起的单桩负摩阻力理论预测模型

利用Randolph的桩土相互作用模型,建立了单层和多层湿陷性土引起的单桩桩周负摩阻力的预测模型,推导了单桩负摩阻力的预测公式。利用此公式,只需知道土体的剪切模量和静载荷试桩桩顶的沉降,便可以方便地对湿陷性土引起的单桩负摩阻力的分布进行预测。     

Reduction of skin friction by microbubbles and its relation with near-wall bubble concentration in a channel

Determination of the flow structure near the wall is essential for a clear insight into the phenomenon of skin friction reduction by microbubbles in a turbulent boundary layer. An important parameter, is the bubble concentration or void fraction in the wall region in drag-reducing conditions. The purpose of this paper is to show drag-reducing effects due to microbubbles in a water channel and, more importantly, to show the dependence of the drag-reduction values on the near-wall void fraction. A two-dimensional channel with an aspect ratio of 10 was specially built for this purpose with provisions for air injection through porous plates. Skin friction was directly measured by a miniature floating element transducer with a 5-mm circular sensing disk mounted flush on the top wall 67 channel-heights downstream of the injector. The wall friction in the presence of air bubbles was found to be reduced under the same bulk velocity when compared with the value without air. Detailed void fraction profiles across the channel were obtained by a sampling probe and a fiber-optic probe. Better collapse of the drag reduction data, independent of different profile shapes, was found when plotted against the near-wall void fraction than against a cross-sectional mean void fraction. While this dependence reconfirms that the phenomena are essentially inner-region dependent, the lack of influence of the bubble distribution patterns away from the wall implies lack of outer region influence.     

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.     

基于LES方法圆柱绕流三维数值模拟(英文)

采用计算流体软件CFX5中large.eddy simulation(LES)模型计算了均匀流场中三维圆柱绕流的水动力特性.使用有限体积法对三维N-S方程进行求解.数值模拟着重研究了高雷诺数时展向各截面的压力、阻力、升力及涡管特性.数值计算结果表明:展向各截面柱体受力关于中截面对称且小于二维情况,柱体周围流场呈现明显的三维特性.     

船闸引航道口门区通航水流条件改善措施

为解决水利水电枢纽及渠化工程中船闸引航道口门区的通航水流条件 ,各国学者同仁研究了多种改善措施 ,它们是堤头型式、堤身开孔、丁坝、潜坝、导航堤长短、及泄水闸导流方式等     

山区河流非恒定流航道沙卵石浅滩整治

为治理非恒定流条件下的沙卵石浅滩,通过对已建工程的调查研究、原型观测、物模试验,经分析后,提出了相应的整治原则、整治水位、平面设计及施工与维护技术措施。     

白沙-茅草街河段双向水流及其浅滩整治

根据洞庭湖区白沙—茅草街双向水流河段特点,将其水流方向划分为顺、逆、滞流,单独整理不同流向的水沙条件,综合分析水沙运动规律,并结合地形资料对河段内3个碍航浅滩的演变影响因素及其双向水流作用机理进行了较为深入的分析,提出了整治原则和整治对策。     

基于LES与Powell涡声理论的孔腔流激噪声数值模拟研究

孔腔流动中含有复杂的流体振荡,不但能够引起明显的噪声,而且会造成物体脉动压力和阻力的急剧增加,因而孔腔流动与流激噪声已经成为流声耦合研究领域的重要内容。文章首先对于Powell涡声理论进行了介绍,给出了涡声方程及其求解的详细推导过程,随后利用圆柱/机翼组合体与方腔流激噪声测试结果验证了计算方法的可靠性,最后采用大涡模拟方法结合Powell涡声方程数值计算了两型孔腔在不同水速下的流激噪声,并与中国船舶科学研究中心循环水槽试验结果进行了对比分析,结果表明数值计算方法能够较准确地预报孔腔流激噪声,并能展示孔腔内外涡旋结构。计算结果表明:在500 Hz以下的低频段,格栅1型孔腔的流激噪声显著高于格栅2型孔腔;在500 Hz-10 k Hz高频段,格栅2型孔腔流激噪声比格栅1型孔腔高,但随着流速的增高,两种孔腔流激噪声在高频段的幅值基本一致。这些现象与孔腔内的涡旋结构密切相关。文中对孔腔流激噪声的数值预报方法进行了验证,有益于理解孔腔非定常流动的物理机理,且为抑制孔腔流激噪声奠定了基础。     

低闸坝枢纽船闸引航道口门区通航水流条件研究

结合凤仪场电航枢纽船闸引航道口门区通航水流条件试验成果,分析了低闸坝枢纽船闸引航道导墙的结构、布置对口门区水流条件的影响,提出了改善引航道口门区水流条件的措施。