低速肥大船型气幕减阻研究

摘要

随着国内外航运业的发展，以油船、货船、集装箱船为代表的低速肥大船型在交通运输中的地位日益重要，这类船型以粘性阻力为主，兴波阻力较小，所以如何减小粘性阻力是个重要的研究方向。而近年来随着国家提出节能减排的战略需要，气泡减阻作为一种环保节能的减阻方式，对于提高能源利用率，实现经济发展和生态环境保护双赢具有重要的研究意义。
　　 实验和理论研究表明，在平板下喷气能够有效减小其在水中的阻力，一些研究机构开展的的船模实验也验证微气泡技术能够有效减小模型的摩擦阻力，但是由于实船与船模的差异和工艺技术因素，导致微气泡技术尚不成熟，未在实船上推广，而且针对低速肥大船型的微气泡减阻相关研究也较少，本文即是以江海直达船为对象，在其底部喷气，研究微气泡在船底的分布规律，以及相关参数对喷气减阻效果的影响，提出一种成熟的微气泡减阻措施和气泡控制方案。
　　 先使用数值模拟软件FLUENT模拟计算船型的粘性阻力，根据获得的流场详细信息，改变喷气流量、来流速度及喷口数量、并分析比较，得出气泡稳定性好、覆盖面积大的最佳减阻技术方案。再辅以船模试验进行验证，最终得到可行性较好的喷气方案。通过研究得出以下结论：
　　 ①低速肥大船型通过在船底喷气，能够获得一定的摩擦阻力减阻率。
　　 ②在船模首部喷气，流量低的时候气泡不能够完全覆盖船底，首部和中部同时喷气，能在船底产生足够范围的气泡层。
　　 ③来流速度较低时，气泡横向逃逸严重，来流速度增加，有利于减小气泡横向逃逸，促进气泡沿船底运动，有利于减阻。
　　 ④气流量增大，减阻效果变好，存在一个有效气流量，超过该气流量，减阻效果不再继续增加。
　　 ⑤喷气会影响船的浮态，相同流量下，首部中部多级喷气，减阻效果要好于首部单级喷气
　　 ⑥当喷气速度较小时，改变喷气角度减阻效果变化不大。
　　 ⑦一定喷气流量下，适当增大喷口面积，有利于气泡的均匀分布。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 引 言

1.1研究的目的和意义

1.2国内外微气泡减阻研究概况

1.2.1相关实验研究

1.2.2相关数值研究

1.3本文的主要工作

1.3.1研究内容

1.3.2技术路线

1.3.3模型介绍

第2章 数值模拟和数值方法

2.1CFD简介

2.1.1 CFD的优点

2.1.2 CFD在船舶行业的应用

2.2.FLUENT软件介绍

2.2.1Fluent的构成

2.2.2Fluent中选择合适的两相流模型

2.2.3在Fluent中设置湍流模式

2.2.4壁面处理

2.2.5离散方式的选择

2.2.6收敛的判断标准

2.2.7湍流强度的确定

2.3数值方法

2.4控制方程

2.4.1混合流体的连续性方程

2.4.2混合流体的动量方程

2.4.3气泡的体积分数方程

2.4.4湍流模型模型控制方程

第3章 模型建立和网格划分

3.1建立三维模型

3.1.1UG介绍

3.1.2使用UG建立船模模型

3.2计算域及网格划分

3.2.1边界条件

3.2.2网格质量

第4章 数值模拟结果分析

4.1船模改型前后不喷气状态计算结果

4.1.1原型不同湍流模型试算

4.1.2船舶原型计算结果

4.1.3开槽后不喷气计算结果

4.2 1＃模型(单级喷气)计算结果

4.2.1来流速度对减阻率的影响

4.2.2喷气流量对减阻率的影响

4.2.3喷口尺寸对减阻率的影响

4.3 2＃模型(多级喷气)计算结果

4.3.1流速对减阻率的影响

4.3.2喷气量对摩擦阻力减阻率的影响

4.4 1＃模型与2＃模型的比较

4.4.1在Fn=0.277时不同喷气流量下的摩擦减阻比较

4.4.2在相同喷气量下比较两种模型的减阻情况

4.5改变喷气角度对减阻率的影响

4.6本章小结

第5章 船模试验

5.1试验情况简介

5.1.1喷气装置设计及船模喷口布置

5.1.2实验数据分析

5.1.3结论

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

学位期间发表的论文和参加科研情况