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。

潜航器微气泡减阻数值模拟方法研究

近年来微气泡减阻技术应用于水面舰船的相关研究取得重要进展,许多舰船已经采用了此类技术。然而该技术在潜航器上的应用整体上仍处于理论分析和试验测试阶段。以回转体潜航器简化模型为研究对象,利用多孔介质来简化喷气小孔,并结合不可压缩水体和可压缩理想气体的流体体积(VOF)方法,建立了Realizableε-k湍流计算模式。通过拖曳试验验证了多孔介质等效喷气小孔的合理性和数值模式的准确性,结合试验和数值结果探究了微气泡减阻技术对潜航器航行阻力的影响。数值结果显示,气泡对潜航器尾流低速区的改变使尾部压力分布产生变化从而导致压差阻力增高。同时气泡可以显著降低其覆盖区域的黏性阻力。并且随着来流速度的提高,气泡覆盖范围扩大,黏性减阻率持续增加。进一步地,建立了加长改进模型,数值模拟结果表明,微气泡减阻技术不仅能大幅减小黏性阻力,还能有效减小模型总阻力。

船舶通气气泡减阻相似律的研究

提出了船舶通气气泡减阻相似律以及除傅劳德数Fr和雷诺数Re外的第三个相似判据——气体流量系数Q,因此总阻力系数和减阻率可表达为Re,Fr和Q的函数。这些结果可以应用于模型试验的分析和实船性能的预报。文中给出的气泵参数计算公式则可应用于气泵的设计。

船舶气泡减阻研究进展

船体表面气体润滑减阻技术在过去近二十年中取得了长足的进步,尤其是实船应用方面。论文全面地回顾了国内外气体润滑减阻研究的历史与现状,将气体润滑减阻技术划分为气泡减阻和气层减阻,重点介绍了气泡减阻的机理、气泡发生方式、气泡减阻理论研究和试验研究。在气泡减阻的实船应用方面,结合国内外成功案例进行分析,提出了我国发展气泡减阻技术需要进一步研究的问题。

高速气泡艇阻力数值模拟及气泡减阻效果分析

考虑到复杂界面流动的需要,基于三维非稳态的Navier-Stokes方程,采用有限体积法进行数值离散,VOF方法处理自由面和艇底喷气后的气液流场,在应用分区结构化网格划分技术的基础上,建立了高速气泡艇阻力数值模拟方法。应用该方法对不同气泡艇方案的阻力进行了数值模拟,详细分析了不同气腔形式、不同喷气量、喷口位置及数量对减阻效果、气泡覆盖、压力分布和自由面兴波情况的影响规律,为高速气泡艇方案的进一步优化设计提供了技术支撑。

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.

国内外船舶气泡减阻技术的研究与应用

介绍国内外船舶气泡减阻技术的研究情况,包括微气泡减阻技术、气幕减阻技术及气膜减阻技术的试验研究和理论计算结果,特别是俄罗斯倾斜板气泡减阻技术、日本微气泡减阻技术和我国薄层气膜减阻技术的特点。同时,介绍国内外微气泡减阻理论方面的力学模型、数值计算方法和重要结论。回顾20世纪60年代以来气泡减阻技术在船舶上的应用情况,特别是俄罗斯、日本及丹麦等国设计的气泡减阻船舶的性能和节能效果。针对我国目前气泡减阻节能技术在实船上的应用现状,分析存在的问题和不足,探讨我国船舶气泡减阻技术的应用前景。

过渡型艇微气泡减阻喷缝尺度影响数值计算(英文)

针对一优良过渡型艇,为喷气需要进行船底断阶,采用有限体积法、SIMPLEC算法和k-ε两方程湍流模型,不计自由面影响,计及气泡与水的相对运动,数值求解包含气液两相流的雷诺平均控制方程组。获得不同喷缝宽度、不同傅汝德数和相对喷气速度下的船舶的阻力特性和气泡浓度分布规律并与模型实验结果进行对比分析。结果显示:在获得高减阻率条件下,Cn随Fr增加而呈非线性增加,当Fr=0.779时,Cn达到最大值;在获得25%减阻率的条件下,Fr=0.973时相对喷缝宽度为0.112所需喷气量最小即喷气所消耗功率最小。计算结果可为高速气泡船喷缝参数设计提供参考。

高速艇尾部横剖面面积曲线变化对气泡减阻效果影响的数值模拟

对一内河高速艇,在保证排水量D及船长L不变的条件下,改变其尾部横剖面面积曲线形状,利用CFD商业软件FLUENT进行建模计算,模拟微气泡作用下船体周围的粘性流场,讨论尾部形状变化对气泡减阻效果的影响,计算结果表明,在中后底部具有较小斜升角的船舶,气泡稳定性好,有利于微气泡减阻。

二维近似船底模型微气泡减阻数值模拟

在船舶节能方式中,微气泡减阻越来越受到人们的青睐,船舶微气泡减阻的研究是一项非常复杂的课题,影响船舶微气泡减阻的因素也很多。本文试图从二维近似船底模型入手,模拟分析空隙率、主流速度、喷气速度、气泡直径和喷入角度对减阻率的影响。结果表明空隙率是影响减阻率的重要因素,喷入微气泡能够达到减阻效果,最大减幅可达85%左右。

微孔阵列式绕回转体气泡减阻实验研究

为了研究回转体模型气泡减阻变化规律,深入了解通气两相流场的流动特性,采用高速摄像观察系统及测力系统相结合,进行了微孔阵列式绕回转体气泡减阻实验研究。结果表明:根据气泡沿下游发展过程中出现的不同流动形态,可将通气两相流场划分为3个区域:稳定区、脉动区、回流区;随着通气率的增加,稳定区及脉动区空泡份额增加,模型摩擦阻力持续减小,直至饱和通气率;回流区分离点向下游移动,尾部压力增加,至突变临界通气率处,回流区流动形态发生突变,流动介质由水气混合转变为气体为主,致使尾部压力出现突增,继而导致气泡减阻率出现突增。

平板微气泡减阻的数值模拟

应用流体计算软件PHOENICS(V 3.2 )对平板微气泡减阻进行了数值模拟。文中直接求解二相流的N -S方程 ,并应用微气泡修正K ε湍流模型 ,考虑了重力、相间升力、阻力、虚质量力及相间压力的影响。本文仅就入口处均匀来流速度为 4m/s、初始体积浓度为 30 %时 ,直径为 10 0微米的微气泡对平板湍流边界层的影响进行了计算。计算结果表明 ,减阻效果比较理想。

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。

多孔透气材料应用于船模微气泡减阻性能实验分析

分别将挠性氧化铝多孔透气材料安装在船模底部、侧面、球鼻艏附近进行微气泡减阻性能试验,分析应用于船模上的减阻效果。结果表明:船底喷气时,最高达11.6%的减阻效果;喷气位置位于球鼻艏附近时的减阻效果较差,只有当喷气流量为10 L/min时,船模阻力在部分试验点小于未喷气时的阻力;喷气位置位于船侧时,由于流场边界层密度改变较大,因此,减阻效果随着船模速度与喷气流量变化波动较大。当船模速度为1.80 m/s,且船底和船侧空气流量为20 L/min、球鼻艏空气流量为10 L/min时,采用多孔透气材料船底+船侧+球鼻艏组合式喷气方式的微气泡减阻效果可达13.9%,减阻效果明显,验证了多孔透气材料应用于船模微气泡减阻的优良性。

气泡减阻数值模拟

使用CFD商业软件FLUENT对气泡船进行流场数值模拟,得到不同航速、不同喷气量下的船底表面压力分布、气泡浓度分布、摩擦阻力系数等流场信息,并计算出与第八届ITTC平板公式计算结果相比较的摩擦阻力减阻率,获得与与美国学者Madavan等人的平板试验结果吻合较好的结论。结果表明FLUENT软件能较准确的预报气泡船粘性阻力系数、气泡浓度分布等气泡减阻实验研究所关心的流场信息。

不同喷气形式对船舶微气泡减阻效果的数值模拟研究（英文）

由于不同喷气形式下微气泡减阻的机理不甚清楚,应用流体计算软件Fluent对简化船体模型进行了数值模拟。采用k-ε湍流模型,对两种来流速度、两种喷气流量和六种喷气形式下减阻率的变化进行了计算,并与水池试验进行对比分析,从微气泡体积分数和两相流速度的分布进行研究,总结出一些理论成果,并且进一步考虑对螺旋桨效率的影响。计算结果表明:首中部同时喷气的减阻效果更好。成果可为微气泡减阻技术的实际应用提供理论指导。

气泡粘度对水平槽道气泡减阻率影响的数值研究

采用多相流混合模型和雷诺应力湍流模型,对水平槽道气泡减阻进行了数值模拟;同时考虑了液相湍流诱导气泡聚合、气泡尾流诱导气泡聚合、湍流涡与气泡碰撞产生破碎作用对气泡减阻的影响。在保证雷诺数以及气相体积分数不变的情况下,调查了气相粘度变化以及气泡聚合、破碎物理因素对气泡减阻率和液相湍流的影响。研究表明:减阻率和液相湍流变化与气相粘度的大小具有直接关系;气泡减阻和液相湍流抑制是因气相粘度小于液相粘度而引起的,如气相的粘度大于液相的粘度时,液相湍流则被强化、气泡减阻现象消失;当气泡体积分数较低时,气泡聚合和破碎物理现象对液相湍流和减阻率的影响很小。

考虑壁面润滑力的微气泡减阻数值模拟研究

在欧拉两相流模型的基础上,考虑重力、浮力、表面张力、相间曳力、升力、微气泡聚合破裂作用,对高来流速度的平板微气泡减阻进行了数值模拟,并与文献结果进行对比。在数值模拟中同时引入了壁面润滑力,进而考虑了壁面对微气泡的排斥作用,更符合实际情况。数值结果与试验结果符合良好,进一步对模拟结果进行分析,得出了气泡在平板附近的存在情况,以及对平板沿程减阻的影响。

纳米限域Couette流边界气泡减阻机理

气泡减阻技术对于提高水下航行器推进效率,降低航行过程中的综合能耗具有重要意义.本文采用分子动力学方法研究了气-液两相Couette流在平行壁板纳米通道内的流动特性和气泡边界减阻特性,分析了表面润湿性、壁面粗糙度和气体浓度对边界滑移速度和减阻效果的影响规律.研究结果表明:气泡减阻效果随边界滑移速度的增大而增强;在气-液两相流动区域,随着剪切速度的增大,边界吸附气泡的横向变形和边界滑移速度增大,边界气泡减阻效果增强.固-气相互作用强度和气体浓度增大均导致气体原子在近壁面的富集现象增强,提高了壁面上气泡的铺展特性,从而增大了固-液界面滑移速度.壁面粗糙度会改变气泡的铺展特性,影响边界滑移速度,进而改变流固界面减阻效果;随着肋高的增大,气体原子在肋条间凹槽中聚集,肋条上表面气体原子吸附量减少,导致固-液界面边界滑移速度减小,并最终降低了减阻效果.研究结果将对大型舰船和水下航行器边界减阻技术提供重要理论指导.

波浪中KCS船气泡减阻效能计算分析

随着世界范围内对节能减排问题越来越重视,如何高效减少船舶阻力成为我国航运业重点关注的问题之一,为解决船舶在波浪中航行时能耗大,摩擦阻力大的问题,针对波浪中的船舶气泡减阻效能进行分析。以韩国船舶与海洋工程研究所研制的KCS集装箱船船模为研究对象,基于欧拉多相流,对船底通入微气泡,考虑气体和液体之间的相互作用力,保持船舶航速和通气孔的直径不变的情况下,通过研究不同通气量下波高波长变化对气体体积分数和船舶总阻力变化影响。结果表明,浪高越高,船舶运动越剧烈,阻力越大;在一定通气量下,波长船长比变化亦会对船舶阻力产生影响。根据实验结果用曲线和云图的形式,论述了波浪增阻与气泡润滑减阻相互耦合作用的机理并且从能量守恒的角度分析了通气量的变化对减阻效果的影响。