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.     

大型平板在高雷诺数下喷气减阻试验研究

针对船舶减阻,论文采用主动喷射气体减阻方式,在国内循环水槽中首次开展大型平板在高雷诺数条件下喷射气体沿流程方向阻力分布特性及其减阻持续距离的试验研究,考察喷射气体减阻的3个阶段:气泡减阻阶段(bubble drag reduction,BDR),过渡阶段(transition),气层(膜)减阻阶段(air layer drag reduction,ALDR)。试验结果表明,气层(膜)减阻是非常有效及有应用前景的减阻方式。在形成有效气层时,较经济的气层名义厚度约为7~8 mm,在两侧设置50 mm气体逃逸挡板条件下,减阻持续距离可达9 m。根据试验测量结果,在较大气泡直径(毫米级)状态,浮力与升力(剪切力)的比值对气泡的运动扩散有较重要的影响。采用无量纲相似参数vg/u_τ~3可获取形成气层(ALDR)的临界气体流量曲线,为不同雷诺数下精确预报气体流量提供相似性分析的技术手段。     

海底输气管道泄漏风险定量分析

由于海底管道工作环境的恶劣性,其失效概率较高,一旦发生泄漏事故,后果严重．本文以某一海洋平台周围海底输气管道为背景,运用海洋工程领域风险评估软件NEPTUNE对不同破损情况下天然气泄漏扩散的情况进行了模拟,计算了泄漏气体点燃概率,预测了泄漏天然气爆炸事故的危害半径,其分析结果对海底管道油气泄漏扩散范围的预测及油气点燃概率计算方法的研究具有一定的参考作用．     

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。     

不同海况下风浪对船舶排气扩散的影响研究

针对船舶航行过程中污染气体的排放和再吸入问题。基于开源CFD代码OpenFOAM，采用内外场混合算法模拟船舶在不规则波浪中的运动，采用多组分气体扩散模型模拟风口气体的排放与扩散，将两者相结合对船舶在波浪中航行时的气体扩散进行数值仿真。在固定船舶排风口排气速度、新风入口进气速度以及船舶航速的前提下，分别模拟了四、六、九级海况下的船舶航行运动，研究了不同海况及风速下船舶运动对排气口气体浓度扩散所产生的影响，以及对新风入口处气体再吸入率的作用。     

冰水两相流对海水管道冲蚀磨损特性数值模拟

针对海冰对海水管道的冲蚀磨损问题,利用fluent中的湍流模型、离散相模型、冲蚀磨损模型对水平直管和90°弯管进行冰水两相流数值模拟,分析在不同水流流速、颗粒质量流量、颗粒直径、冲蚀角度条件下管道的磨损特性。计算结果表明,冰颗粒质量流量增加使直管和弯管磨损增大;随着颗粒直径的增加,直管的磨损增大,弯管的磨损减小;弯管磨损最严重的位置发生在弯管转角处和下游管路的壁面处,而水平直管的上下部均有磨损。     

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。     

FDPSO气体泄露扩散规律数值模拟研究

应用流体动力学理论,通过数值模拟得到了浮式钻井生产储卸油装置(FDPSO)泄露速度、泄露位置、环境风速等因素对气体扩散分布的影响。结果表明,定风速下,气体扩散速度水平方向较垂直方向大,平面内横向较纵向大;不同泄露位置下,气体的扩散分布则主要取决于FDPSO的设备布置情况;不同泄露速度或风速下,气体浓度有着先升高后稳定的变化趋势。同时依据模拟分析结果进行了FDPSO油气处理模块安全逃生路线设计。     

艇用非金属材料释放气体检测

潜艇舱室密闭环境内使用了多种非金属材料,这些材料具有各自的功能。由于蒸发,扩散和氧化又释放出有害气体组分,危害艇员健康和潜艇的安全运行。本文论述了非金属材料释放气体的特性及试验方法,利用自动热脱附／色谱／质谱联用技术对艇用非金属材料释放气体进行了检测,为非金属材料上艇使用提供依据。     

气泡泵提升管内气泡群运动特性分析

为探索溴化锂溶液气泡泵的工作机理,在Inamuro大密度比两相流的格子Boltzmann自由能模型的基础上,以时间邻点替代空间邻点,将参数控制的差分项引入相变的分布函数f_i中,利用二阶迎风差分求解一阶偏导数,利用十四点中心差分格式求解二阶偏导数,将改进模型可模拟的两相流密度比从1000提高到3000,扩展并增强采用格子Boltzmann方法模拟大密度比多相流问题的适应性。通过模拟实际工况下气液密度比为2778的气泡泵垂直管中溴化锂溶液内并排多气泡的上升过程和聚并行为,获得不同初始条件下多气泡的密度场、速度矢量分布图,并对多气泡的运动规律进行分析和总结。研究结果表明,气泡在上升过程中的相互吸引作用和相互排斥作用与气泡群内的气泡大小及其初始位置有关,且气泡间聚并临界距离随着气泡直径的增大或气泡数量的增加而减小。     

挖泥船管道输泥的加气助送阻力特性试验研究

由于疏浚船舶排泥管中的泥浆在管道输送中阻力大,常常引起管道磨损、堵塞和输送功耗大等技术问题,限制了疏浚船舶作用的发挥.加气助送输泥方式是解决该问题的一种方法.能够有效地减小泥浆的管道阻力.通过试验研究了泥浆浓度、管道流量和加气压力等因素的改变对泥浆的管道阻力的影响关系,从试验数据得到在高浓度和大流量的泥浆中加入压力较低的压缩气体具有明显的减阻效果的结论.     

气体传感器气室结构及流量对于传感器响应的影响分析

对载体催化原理的气体传感器,通过采用不同气室结构和通入不同流量的标准气体,分析传感器响应曲线,指出气室结构及流量对传感器响应的影响,从而对传感器气室结构及通气方法有一定的指导意义。     

外夹热式小口径气体质量流量测量装置的设计

设计的外夹热式小口径气体质量流量测量装置,是一种可以在管道外部安装的流量测量装置,主要由卡具、测量装置电路等组成。介绍了基本工作原理、安装方法,分析了测量电路,研究了温度补偿方法。对输出电压和流量的关系进行基于最小二乘法的多项式拟合,应用结果表明外夹热式小口径气体质量流量测量装置测量方法简单、实用,能够进行空气流量的精确测量,尤其适用小口径管路的气体质量流量测量。     

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。     

气泡羽流紊流的应力代数模型及数值分析

本文在文献[1]给出的气—液两相流羽流紊流应力模型的基础上得到了相应的应力代数模型.采用Spalding向前积分有限差分法对气泡羽流紊流场算例在引用一些假设的条件下进行了数值分析,并与Kobus的实验结果进行了比较和分析.     

基于OpenFOAM的平板微气泡减阻数值分析

本文基于OpenFOAM两相欧拉求解器(twoPhaseEulerFoam)对二维平板进行微气泡减阻数值模拟。模型直接求解两相N-S方程,同时采用标准k-ε湍流模型,并考虑两相间作用力的影响,通过求解界面输运方程来模拟气泡的聚并和破碎。将数值结果和Madavan[1]试验结果进行对比,验证了模型的可行性。分析了不同流速下气泡直径、通气速度、浮力对减阻率的影响,并且研究了气泡对边界处流体速度分布、气体体积分数的影响。从数值结果可以看出通气速度较大且气泡直径较小时,减阻效率高,并且浮力对减阻有一定影响。     

船舶发电柴油机冷却腔内沸腾两相流数值模型研究

现代船舶发电柴油机冷却系统设计趋势朝着小型化、整凑型发展,沸腾传热因高效换热能力而备受关注。本文以CFX欧拉双流体模型为基础,通过CCL语句添加用户自定义程序实现对低压系统时矩形通道内过冷流动沸腾的数值模拟。采用Kurul和Anglart修正的过冷度线性关系描述气泡直径;通过改进封闭方程以及经验式,进而改善模型计算收敛性和精度,对不同流动参数下矩形通道内过冷沸腾两相流进行实验与计算对比。计算结果表明随着壁面热流的增加气相体积分数增加;通道质量流量增加气相体积分数下降。该数值模型的建立可为真实船舶发电柴油机冷却水腔沸腾两相流分析奠定基础。     

冷却液舱内水下气体射流的数值模拟

本文采用数值模拟方法,对高温高压饱和蒸汽通过管道,输送到船用冷却液舱内出现的射流现象进行了研究。基于VOF多相流模型和RNG湍流模型,建立气、液两相流动数学模型,利用Fluent模拟了气体通过管路喷射到液舱内的全过程,同时考虑了气、液两相间的相互转化,得到了液舱内及管路内流场压力变化特性。     

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.     

牵引气体流量对舰船甲板升温效果影响实验

舰船甲板平台区域的气流牵引式循环升温新技术是为解决其防冻和除冰等相关问题研究的。本文利用专用的原理性验证模拟实验装置,初步研究了牵引气体流量对舰船甲板平台区域升温效果的影响。对牵引气体流量为0.5,1.5和3 L/min进行升温效果的对比实验。结果表明:在水面与甲板表面的初始温差相同(同为5.9～6.0℃)情况下,牵引气体流量会明显影响甲板平台区域的升温效果;牵引气体流量越多,甲板平台区域的升温幅度就越大,其升温效果也就越好,如牵引气体流量为3 L/min时甲板表面升温幅度约为1.7℃,而牵引气体流量为0.5 L/min时其升温的总幅度仅为0.5℃左右。所得结论可为这一新技术的深入研究提供必要的理论和实验基础。