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船舶微气泡减阻机理研究

作　者: 李勇
导　师: 李云波
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 数值模拟微气泡减阻多相流摩擦阻力
分类号: U661.311
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

船舶减阻技术可以显著降低船舶燃料消耗,降低船舶气体的排放量,提高船舶航速,提高船舶的续航力,因而具有重要的经济、军事价值,因此一直以来都是国内外船舶工程、水动力学和军事科技等领域的研究热点之一。近年来随着全球范围内对节能减排问题的关注,特别是哥本哈根会议召开之后,使得人们更加关注低碳生活。目前的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。微气泡减阻技术,即向船舶底部注入微气泡,利用水和气体的密度、粘度的差别,改变边界层的流动形式,从而明显地降低船舶的摩擦阻力,已有许多的模型试验和实船试验证明了这种方法的有效性,因此,这种技术被认为具有广阔的发展前景。特别是对于肥大型低速船舶而言,其船体表面的摩擦阻力大概占据了总阻力的80%,因此,降低其摩擦阻力是非常重要的。本文中使用数值模拟软件FLUENT,基于气液两相流理论,计算出平板模型在注入微气泡情况下的摩擦阻力及流动情况。在基本的假设条件下,改变微气泡入口速度、微气泡入口浓度,得出平板分段上的摩擦阻力、沿程的摩擦阻力系数,通过对比分析得出的结果,给出这两个参数对微气泡在湍流边界层内分布情况的影响,以及对微气泡减阻效率的影响关系。在分析平板模型的基础之上,讨论微气泡入口速度、微气泡直径大小对船模模型的减阻效率的影响。最后得出了如下的结论：在一定范围内,增大微气泡入口速度、微气泡入口浓度、微气泡直径大小时,都是因为增大了局部的微气泡体积分数,才导致局部的摩擦阻力的减小,减阻效率的增大。微气泡层的厚度比较薄,一般都在十几毫米的厚度范围内。通过参考和借鉴国内外大量的微气泡减阻船模试验研究,同时结合利用FLUENT软件计算得到的微气泡减阻数值模拟结果,设计及加工了一个试验船模,并且选取一种可行的微气泡生成装置和该装置与船底的连接装置,设计出了一种能够让微气泡很均匀地覆盖在船底板上的微气泡减阻船模试验方案。

船舶微气泡减阻机理研究

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