减阻稳定气穴形成与控制理论和试验研究

摘要

节能减排是全球普遍关注的热点问题。尤其目前船舶排放高环保指标，可能对现行的船舶设计提出严峻的挑战，而船舶阻力是船舶节能、减排的源头问题，因为船舶阻力降低，需要的推力小，相应的主机功率消耗小，废气排放自然会减小。通过船型优化和降低船舶摩擦阻力已经取得了优异的成果，依靠这两种方法来提升船舶减阻率的空间已经很小。而气穴减阻，即向船舶底部充入气体，在船底形成稳定的气液边界层，有效减小船舶的湿表面积，从而明显地降低船舶的摩擦阻力，这种方法被认为具有广阔的发展前景。
　　 本文运用FLUENT软件模拟出二维凹槽内气液分布情况。探讨网格划分对模拟气液边界层的形状的影响。并将粘流理论模拟得到的结果与试验结果比较，研究FLUENT软件模拟气穴形状的有效性。
　　 在理论研究的基础上，设计制作了试验船模。在哈尔滨工程大学循环水槽中进行了稳定气穴形成和控制的试验研究。试验中探讨了八种凹槽结构方案和六种供气方式，针对每种方案探讨了减阻效果与气液边界层形状的关系。试验数据表明，供气后船模阻力明显减小，但不同情况下减阻率差异较大；稳定气穴的形成与船模航速、浮态、挡板位置、凹槽高度和断阶构型关系密切；合理设计凹槽，并保证气流量满足需求，可以形成稳定的气层；稳定气穴形成后，可以通过改变挡板位置和供气方式来实现对气穴形状的控制，而气流量、供气口尺寸以及吃水对气穴形状影响不大。
　　 研究也表明，用理论方法指导凹槽设计是可行的，本文的理论和试验研究结果对进一步研究气穴减阻和气穴船建造具有指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1概述

1.2课题研究综述

1.2.1气穴船发展背景

1.2.2气层船试验研究概况

1.2.3气层船理论研究概况

1.3研究的目的和意义

1.4本文的主要工作

第2章粘流理论气穴形成研究

2.1粘流理论控制方程

2.1.1流体运动的连续性方程

2.1.2流体运动的动量方程

2.2计算域及网格划分

2.3边界条件设置

2.4求解设置

2.5数值模拟结果

2.6对比试验获得气穴形状

2.7本章小结

第3章船模设计与制作

3.1船模设计说明

3.2船模的设计

3.3船模的制作

3.4供气系统的设计与制作

3.4.1供气源

3.4.2供气管路

3.4.3供气控制装置

3.4.4供气测量装置

3.5试验准备工作

3.6本章小结

第4章气穴形成与控制试验研究

4.1试验方案

4.2试验结果与分析

4.2.1不同结构方案和供气方式下的阻力数据与分析

4.2.2供气后气穴船减阻率比较

4.2.3对比无气穴船模阻力

4.3试验现象与分析

4.4稳定气穴形成

4.4气穴控制方法

4.5本章小结

结 论

参考文献

致 谢