平板喷气减阻模型试验的气层形态及其近似预报模型研究

为研究平板底部的气层流动形态及其影响因素,在循环水槽中开展了针对平板底部气液两相流边界层特性的气层减阻模型试验。作者采用扩散角、厚度及含气率等参数对气层的宏观特征进行了描述,提出了气层形态的近似预报方法,以及关于减阻率的估算公式。结果表明:气流量和来流速度对气层形态影响较大。气流量增加会导致气层的扩散角、厚度及含气率增大,来流速度增加致使气层的扩散角、厚度及含气率降低;近似预报方法对气层扩散边界预报的精度达9%,可较好地总结出气流量及来流速度对气层宏观形态的影响规律,该方法可助力于气泡船喷气减阻可行性分析及母型船的选择。

凹槽构型对平板气层减阻影响试验分析

通过平板凹槽喷气减阻模型试验,研究了航速和气流量等因素对平板气层减阻规律的影响,并利用水下摄像系统对不同凹槽构型内的气层形态进行了观测。试验结果表明:不喷气时凹槽的存在会使平板的阻力增加;喷气可以有效减小平板阻力,存在饱和气流量;饱和气流量随着槽深的增加而减小,饱和气流量下平板的绝对减阻率随航速的增加而降低;设置凹槽构型是保持平板下表面气层稳定性的有效措施,合适的凹槽构型可以明显改善平板底部喷气流场,提高平板喷气减阻效果;在Fr为0.119时,饱和气流量下平板的绝对减阻率可以达到40%以上。

平板喷气流场特性及气流量分配策略试验研究

为了探讨气流量分配对平板喷气流场特性的影响,在高速拖曳水池里开展了平板下表面喷气减阻试验,研究了气流量纵向和横向分配对平板减阻率和气层形态的影响规律。研究结果表明:平板下表面气液混合流的形态主要受航速和气流量影响,当无因次气流量系数Cq≤1.554时,混合流主要表现为气泡流;当Cq≥1.675时,混合流转变为过渡气层流;当Cq≥2.331时,混合流由过渡流转变为分层流。平板下表面的局部摩擦力减阻率在喷气口附近处为100%;改善喷气策略,在首部喷气装置左腔、中腔和右腔横向喷气比例为1∶4∶1时,平板下表面的气层覆盖率较高,减阻率可以达到60.65%;首部和中部喷气装置联合喷气并未使平板减阻效果有改善。

平板喷气流场特性影响因素试验

为了揭示平板底部喷气时气层的流动特征,在低湍流度水洞中开展了平板气液两相流边界层特性模型试验,研究了气流量、来流速度等对气层宏观形态的影响,分析了气层流态的转变规律。研究结果表明:气层在平板底部随来流向后扩散,存在一个横向扩散角;气流量增加,横向扩散角增大;来流速度增加,横向扩散角减小。气层流态与气流量和来流速度有关,当无因次气流量系数Cq≤0.610时,气层主要表现为气泡流;当Cq≥1.446时,气层转变为分层流,其他情况下呈现出分层流与气泡流同时存在的过渡流态。

气泡高速艇波浪中阻力及运动性能数值研究

为探索气泡高速艇在波浪中的减阻效果及运动性能,基于RANS方法,应用Overset网格技术、数值造波、HRIC-VOF方法及6-DOF运动模型构建气泡高速艇静水及波浪中的数值水池,阻力计算与试验值的偏差小于4.59%,纵向运动计算值与试验值偏差小于6.4%。进而分析了气层对B.H.型高速艇波浪中阻力、纵向运动的影响规律,研究了艇体运动对气层面积与形态的影响规律,获得了波浪中气层-艇体相互作用的力学过程;气层对垂荡的影响甚微,对纵摇有改善效果;顶浪条件下纵向运动对气层面积的影响不大,波浪中的减阻率仍可达27.24%~30.62%。