冰水槽内气泡辅助破冰系统的机理实验研究

为了揭示气泡辅助破冰机理,以极地破冰船气泡辅助破冰系统为研究对象,本文设计制作了船模及气泡辅助破冰系统模型并依托低温实验室进行一系列机理实验。通过机理实验探究加装气泡辅助破冰系统后冰层在船艏、船肩及舷侧的破坏模式,研究气泡辅助破冰系统与海冰相互作用机理。在此基础上对多种物理参数的影响进行分析。研究表明:气泡辅助破冰系统通过在冰层下形成气泡腔,破坏了水对于冰的弹性支撑;同时向上运动的气泡流将碎冰块吹离船体,形成船体与碎冰间的润滑层,从而分别降低了破冰船在冰区航行的破冰阻力和清冰阻力,达到了辅助破冰船航行的效果。

气泡辅助系统碎冰区减阻特性船模试验研究

为了研究气泡辅助系统降低船模碎冰区阻力的机理及效果,采用非冻结模型冰,在室外冰水池内开展了一系列船模拖曳试验,分别对不同碎冰密集度、不同船模航速及不同通气量参数下的阻力特性变化规律展开研究.试验结果表明:当该气泡辅助系统工作时,船体两侧的碎冰会受到气泡上浮及气水混合流的作用,发生翻转并向远离船体方向运动,在船体与碎冰之间形成一条无冰带,在该范围内几乎没有船体与碎冰的相互接触,以此达到降低阻力的效果;船模开启气泡辅助系统后的减阻率受碎冰密集度、航速、通气量三者共同影响,减阻率总趋势是随通气量的增加而增加,且该系统在低碎冰密集度、低航速工况下的减阻效果更好.