船舶微气泡减阻数值模拟及机理研究
随着工业的逐渐发展，能源和环境污染问题已经逐渐被人们所关注，如何能更有效地节约能源，减少污染气体排放成为各国学者密切关注的问题之一，节能减排问题作为一个重要的课题被国内外众多学者所研究，降低船舶的阻力可以显著地减少能源的消耗，并且船舶的航行速度也可以有效地提高，无论在经济上，还是军事上都有很高的价值。因此如何有效地降低船舶阻力成为了国内外学者急需解决的问题。微气泡减阻技术可以很有效的减小摩擦阻力，这在实船试验中很好的得到了验证，气泡减阻技术有很大的发展前景。微气泡减阻的数值模拟计算已经发展很长时间了，但是国内外学者们一直在追求着更准确的数值方法。
本文针对平板边界面简化模型进行数值模拟，分析了在运用欧拉多相流模型时最优的湍流模型、相间曳力模型、网格的划分等的设置并在此基础上分析了气泡尺寸对减阻效果的影响。在3种k-ε湍流模型选取了k-εRealizable湍流模型，在四种曳力模型下选取了通用阻力规律曳力模型，分析出欧拉多相流模型相对于其他模型对网格大小有更强的依赖性。得到减小气泡尺寸可以增加微气泡减阻的效率的结论，本文中气泡大小选取为0.00005m。
以散货船船模为研究对象，在平板模型计算所得结论的基础上，在欧拉多相流模型中，选取通过计算分析得到的最优的湍流模型、相间曳力模型、网格的划分，分别在船速1m/s，气泡通入浓度0.3、船速1m/s，气泡通入浓度0.5、船速2m/s，气泡通入浓度0.3、船速2m/s，气泡通入浓度0.5的四种情况下进行数值模拟，分析船速、通气速度、通气浓度对微气泡减阻效果的影响。得出船底板上气体的体积分数随船速的增加而减小，随通气速度和浓度的增加而增加；减阻率随船速的增加而减小，随通气速度和浓度的增加而增加：在低通气量时，临近喷射口的板的减阻率并不是最高的，当通气量达到一定值(临界通气量)后减阻率随距喷射口距离的增加而减小。临界通气量随船速、通气速度、浓度的变化而变化。
通过对欧拉多相流模型和mixture多相流模型的数值模拟计算对比分析，得出欧拉多相流模型较mixture多相流模型计算结果精确。
微气泡减阻;数值模拟;多相流;湍流模型;相间曳力模型;船舶阻力
哈尔滨工程大学
硕士
流体力学
李云波
2012
中文
U661.311
79
2013-04-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）