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《氣泡逸出控制措施對(duì)氣泡船減阻效果影響的數(shù)值分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章緒論1．1船舶減阻的研究方向國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展給交通運(yùn)輸業(yè)帶來了巨大的發(fā)展空間，航空運(yùn)輸?shù)拇罅客度腓F路運(yùn)輸?shù)亩啻翁崴俸凸愤\(yùn)輸網(wǎng)的不斷擴(kuò)大都給船舶運(yùn)輸業(yè)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。因而高速船的研究成為水運(yùn)業(yè)發(fā)展關(guān)注的焦點(diǎn)，其中如何降低船舶航行阻力及提高船舶速度更是重要，己經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)綜合性課題，具有關(guān)鍵性的研究意義。在船舶航行阻力中，由于流體介質(zhì)的粘性所引起的粘性阻力，包括表面摩擦阻力和形狀阻力，在低速時(shí)占總阻力的80％-90％，而在高速時(shí)，則接近60％11Ⅱ2J，因此減小粘性阻力一直是研究者關(guān)注的重點(diǎn)。
2、針對(duì)粘性阻力的特點(diǎn)，一方面不斷優(yōu)化船型，在試驗(yàn)和實(shí)踐的基礎(chǔ)上發(fā)展出一系列的船型，來減小船舶的形狀阻力；另一方面則考慮以粘性系數(shù)低的流體置換粘性系數(shù)高的流體，以減小表面摩擦阻力，研究的結(jié)果包括各種滑行艇、氣墊船以及地效船的出現(xiàn)。與此同時(shí)，隨著研究條件的成熟，人們開始試著采用各種措施以改變層流邊界層和湍流邊界層流速分布，從而減小表面摩擦阻力。微氣泡減阻技術(shù)正是基于該思想發(fā)展起來的。微氣泡技術(shù)減阻機(jī)理最初的考慮是通過將微氣泡這種粘性系數(shù)比水小的介質(zhì)注入到邊界層中，以替換水，但隨后的研究發(fā)現(xiàn)，微氣泡和水的混合物的粘性系數(shù)比水更耐31，
3、因而并不能將微氣泡減阻簡單地歸為以粘性系數(shù)低的流體置換粘性系數(shù)高的流體。微氣泡技術(shù)的減阻機(jī)理一定程度上類似于高分子聚合物注入邊界層的方法，通過控制邊界層內(nèi)的湍流結(jié)構(gòu)，減少湍動(dòng)能和雷諾應(yīng)力的產(chǎn)生，從而達(dá)到減小阻力的目的【3】【4】。雖然其減阻的機(jī)理至今仍然沒有確立，在實(shí)際應(yīng)用中也由于不能形成穩(wěn)定的微氣泡和水的混合層，而難于應(yīng)用于現(xiàn)有的實(shí)船，然而其良好的減阻效果已經(jīng)為試驗(yàn)所驗(yàn)證。據(jù)俄羅斯克雷洛夫研究院報(bào)掣刪：高速滑行艇在功率相同的情況下，采用氣層減阻可以提高航速10"-'30％，在同樣速度下，可以降低主機(jī)消耗功率的20---'40
4、0／o，而低速貨船，在同樣航速下，使用氣層減阻的船可以節(jié)省主機(jī)功率10"--30％。所需專用的壓縮機(jī)的功率不到主武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文機(jī)功率的3％，所需空氣量不大。另外，采用氣層減阻的方法，并不會(huì)惡化船舶的其它性能(穩(wěn)性、操縱性、適航性等)，其結(jié)構(gòu)比水翼艇、氣墊船簡單、造價(jià)較低，但是航速可以達(dá)到水翼艇的水平。1．2國內(nèi)外微氣泡減阻研究現(xiàn)狀國外有關(guān)微氣泡減阻的研究大多數(shù)圍繞平板和低速駁船、回轉(zhuǎn)體進(jìn)行。研究重點(diǎn)采用先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)(如激光測(cè)速、總阻力測(cè)量、表面熱模探頭等壁面應(yīng)力測(cè)量技術(shù))研究微氣泡對(duì)湍流邊界層特性的影響、微氣泡減阻
5、的效果及影響因素、產(chǎn)生微氣泡的方式等方面。HartmutH．Legnert9】的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：把直徑為50微米左右的微氣泡引入湍流邊界層內(nèi)，在微氣泡與液體混合后比較穩(wěn)定的情況下，可獲得十分明顯的減阻效果，一般可使表面摩擦阻力減小50％到90*,4，在噴氣量最大的情況下，減阻效果可達(dá)80％到90*,4。MadavanN．Kt91110】等人在1984年和1985年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：微氣泡在壁面邊界層的體積濃度Q與摩擦阻力系數(shù)(c，／c自)(c，為引入微氣泡后的摩擦阻力系數(shù)，c南為只有水流時(shí)的摩擦阻力系數(shù))有密切關(guān)系。他們將減阻機(jī)理
6、解釋為：減阻是由混合體密度的減小及湍流的改變所造成的，最大的減阻率是由氣體的增量極限決定的，由于流體的粘度也隨之增大，這是限制減阻繼續(xù)增加的重要因素。俄羅斯學(xué)者M(jìn)igirenko[51，Dunisehe46】和BogdevichtTjt8]等(1974～1976)進(jìn)行了微氣泡降阻試驗(yàn)，他們采用多孔不銹鋼平板噴氣的方法，噴氣孔直徑為1--,50inn，將微氣泡引入紊流邊界層內(nèi)達(dá)到降阻的目的。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：噴氣孔的大小對(duì)減阻效果影響很大，當(dāng)噴氣孔直徑為1-31xm時(shí)，能獲得最佳的減阻效果；當(dāng)噴氣孔直徑為50"-"1009m時(shí)，噴
7、氣幾乎沒有減阻作用。氣泡直徑估計(jì)在亞微米到50pro之間；氣泡體積濃度在到壁面的法向距離為0．1倍的邊界層厚度處，達(dá)到最大值(約為80％)；在近壁處和邊界層外氣泡濃度為O，在近壁處存在無氣泡區(qū)。摩擦阻力減少的程度，隨噴氣流量率的增大而增大，直至飽和噴氣流量率，此后增大噴氣流量率，摩擦阻力的變化不大；在噴氣出口處的緊后方，局部摩擦阻力的減少量最大，約為90％，沿著去流方向，局部摩擦阻力減少量下降，直到失去減阻效果。美國學(xué)者M(jìn)adavan、Detusch、Merkle、Castano(1984、1985)對(duì)不銹鋼平板2武漢理工大學(xué)
8、碩士學(xué)位論文和回轉(zhuǎn)體的微氣泡降阻試驗(yàn)研究基本上證實(shí)了俄羅斯的研究結(jié)果，其實(shí)驗(yàn)研究的摩擦阻力可減少50％---80％111451。其封閉循環(huán)水洞的平板實(shí)驗(yàn)，自由來流的湍流度為O．3％一0．5％，流速為4～17m／s，壓力范圍在0．2—4個(gè)大氣壓，所用平板尺度為533mmx279
