高速艇气层减阻新技术

海军工程大学对高速艇气层减阻理论研究取得突破：采用气泡技术的高速艇，阻力减少25％，实艇时速可望突破100千米。     

引气槽减阻特性的数值研究

为了考察三体滑行艇的引气槽在高航速下的减阻效果,采用数值手段模拟了不同三体滑行艇模型在容积弗劳德数从3.14到5.83的静水直航运动。通过计算值与试验值的对比,验证了数值方法的有效性。计算结果表明,相比于无引气槽模型,引气槽内凹所形成的拱度增大了断级后空穴的范围,减少了航行中的摩擦阻力;引气槽在Fr≥4.93的航速下有着较好的减阻效果,最大减阻收益为5.9%。降低引气槽拱度后,空穴范围变小,阻力性能变差;而增大引气槽拱度在容积弗劳德数从4.04到4.93时阻力有所降低,但空穴范围仍较原模型要小。     

三体船波浪增阻与纵向运动数值模拟及试验研究

为了研究三体船航速及不同波陡波浪参数对其波浪中增阻及运动响应的影响,本文首先对三体船在静水中的阻力进行了数值模拟;其次,通过数值模拟计算了三体船在迎浪规则波中总阻力及纵向运动响应,进而得到波浪增阻,并根据试验结果对数值计算结果进行了验证;最后,研究了三体船在短波和长波中波浪增阻和纵向运动响应随波陡变化的非线性特征.研究...     

带片体的滑行艇高速航行纵稳性研究

为研究片体布置对滑行艇高速航行纵稳性的影响,本文对单体艇进行了静水拖曳试验,采用有限体积法结合SST k-ω湍流模型,利用重叠网格技术对模型周围绕流场进行了数值模拟,计算值与试验值对比验证了该方法的有效性;利用全因子设计空间采样法和数值手段,对带片体的三体艇高速航行发生海豚运动时的运动响应和水动力特性进行计算,分析了片...     

深V型艇系列模型纵向运动试验研究

为了研究艇底艉部斜升角对深V型艇纵向运动的影响规律,采用系列模型试验方法,在高速拖曳水池中开展了舯部斜升角为24.6°的深V型艇模型规则波中纵向运动试验.结果表明:迎浪规则波中,艇艉斜升角10°的阻力最小.在长波范围内,艉部斜升角增加导致垂荡幅值减少,最大降幅达9.8%,艇体容积傅氏数F为1.18时,艉部斜升角15°所对应的纵摇幅值最小;F为2.2时艉部斜升角10°时的纵摇值最小.艉部斜升角变化对垂向运动加速度的影响较小.     

高速滑行艇阻力性能RANS计算中网格影响因素

为了准确预报高速滑行艇的水动力与阻力特性,本文基于RANS方法和重叠网格技术针对某50 kn高速单体滑行艇的缩比船模阻力特性开展了数值计算研究。分析了网格类型、船体边界层网格分布、船体表面网格尺度、流场背景域网格加密等网格相关因素对艇底气水混合物分布、兴波形状、船体姿态以及船体阻力预报结果的影响,并与船模阻力试验结果进行了比较。通过研究认为:开展高速滑行艇的运动与阻力性能RANS预报时,网格因素对模拟高速滑行艇边界层流动、艇体周围湍流流动和兴波特性,以及预报艇底气水分布、艇体航行姿态与阻力性能具有显著影响。     

回转体微气泡减阻影响因素理论研究

为了研究影响回转体微气泡减阻率大小的因素,运用Fluent 6.3软件对某回转体微气泡减阻模型进行了数值计算,分析了喷气速度与来流速度的比值、喷气角度、气泡尺度及空隙率分布等因素对减阻率的影响程度和规律,初步揭示了微气泡减阻的机理,研究了饱和喷气量的形成原因.结果表明,微气泡可使回转体局部摩擦阻力减少80%,总阻力减少约30%;微气泡减阻率的高低主要由喷气速度与来流速度之比、近壁面处空隙率的大小及分布所决定,而与喷气角度以及一定范围内的气泡尺度关系不大;喷气流量增大,摩擦阻力下降,粘压阻力增加,当摩擦阻力减少量与粘压阻力增加量相当时,达到饱和气量.在喷气流量未达到饱和值时,总阻力随气流量的增大而减少.     

棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的频域解

滑行艇在高速滑行时因其艇重基本由水动升力支撑,用较常规的排水型船运动预报方法计算并不准确.针对这一问题提出了一种计及水动升力影响的预报方法,用于计算棱柱型滑行艇在静水中的滑行姿态和波浪中的运动响应.在半经验公式的基础上,讨论了水动升力对各水动力系数的影响,并建立了棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的频域解模型.将计算值和试验值进行了比较,结果吻合较好.     

平板微气泡减阻数值模拟及影响因素分析

为了进一步揭示微气泡减阻机理,并探讨其实用化进程的影响因素,采用混合物多相流模型对平板微气泡减阻(BDR)问题进行了二维数值模拟,讨论了重力及底部和顶部2种通气方式的影响,对微气泡减阻机理进行了分析。利用相群平衡模型(population balance model)三维数值模拟了平板底部通气和侧壁通气,对平板三维效应进行了研究。结果表明:重力对大气泡影响较大;对于顶部通气方式,重力使气泡停留在边界层,从而使减阻效果得到改善;减阻率与气层厚度之间存在一定的关系。侧壁通气的减阻效果不佳,三维效应也降低减阻效果。     

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。     

大型水面舰船尾楔减阻设计遗传算法

大型排水航行类巡洋舰尾水面舰船加装尾部楔形体减阻是船型减阻设计新技术,对提高航速、续航力和节约能耗,以及对船型减阻机理的认识都具有重要的意义.将遗传算法与线性兴波阻力理论新方法相结合进行大型类巡洋舰尾水面舰船尾部楔形体减阻设计的理论计算分析和模型试验验证,得出了多种尾楔减阻设计方案.阻力理论计算值与试验值对比表明,该方法适合应用于类巡洋舰尾大型水面舰船尾部楔形体的减阻设计.加尾楔船型与原型阻力对比表明,尾楔形体对大型类巡洋舰尾水面舰船具有较好的减阻增速效果,总阻力减阻率达5%以上.     

侧壁式气垫船峰值减阻数值研究

针对侧壁式气垫船在越峰过程中阻力峰值过大的问题,本文基于N-S方程,采用以多面体为核心的体网格形式,计算了其在静水中的阻力值,验证了数值计算在阻力峰值处的精确度。借助气幕减阻思想,利用一层高压高速的均匀气幕来代替传统的艏部气封装置,研究了侧壁式气垫船在气幕下的密封性能。在此基础上,数值计算了侧壁式气垫船在约束型气幕及非约束型气幕下,指端距离基线高度、喷口位置、喷口角度等气幕参数对减阻率的影响。结果表明:气幕参数的变化对减阻率影响较大,减阻率在气流量为180 m3/h时达到峰值,而最高减阻率可达到了35%;艏封采用合理的气幕形式可有效的降低侧壁式气垫船的阻力峰值。     

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。     

驻留式电解微气泡流动稳定性及减阻性能

针对航行体表面稳定高效水下减阻问题,提出自稳式电解微气泡阵列流动减阻性能试验研究。制备电极壁面微柱孔阵列表面试片经电解形成稳定微气泡阵列气膜,揭示电解电压、微柱孔尺寸、来流速度影响电解微气泡生长行为、驻留稳定性的作用机制,通过试验及数值方法研究微气泡阵列流动减阻性能,分析减阻机理。研究结果表明,电极壁面微柱孔可实现微气泡电解自适应启停控制;相同微柱孔直径时,电解电压增大则微气泡达到稳定直径用时越短,但微气泡阵列稳定时间及驻留率降低;相同电解电压下,250μm柱孔内微气泡达到稳定直径用时较少,且微气泡阵列稳定时间及驻留率更佳;气膜型驻留微气泡较突出型具备更强的驻留稳定性;250μm柱孔微气泡阵列气膜表面样片平均减阻率约为23%,微气泡阵列稳定时间及驻留率最大值分别为420s、95.46%（20V）;驻留微气泡形变及气/水两相界面力共同作用使得微气泡上侧产生大量上抛高速流动,抑制了流向涡下扫流动猝发,显著减小近壁区雷诺切应力;微气泡阵列近壁数值平均湍动能约为0.010 m2/s2小于纯平板（约为0.021 m2/s2）,微气泡阵列壁面数值平均剪切力约为30Pa小于纯平板（约为55Pa）,故可达到高效湍流减阻。     

95000DWT散货船喷气减阻模型试验研究

为探讨气层减阻技术在大型低速运输船舶上的实施方法,在拖曳水池里开展了95000DWT散货船138模型喷气减阻试验,研究了气流量、航速、排水量、凹槽深度对喷气减阻效果的影响规律。试验结果表明:在95000DWT散货船模型底部设置凹槽并喷气,模型总阻力大幅度降低。随着气流量增加,阻力降低幅度增大,存在一个饱和气流量:当Fr=0.139~0.182时,随航速增加,减阻率呈降低趋势;凹槽深度增加,喷气减阻效果提高,但不喷气时凹槽会导致阻力增加,且阻力增加幅度随凹槽深度增加而增加,存在一个最佳凹槽深度(h/B=0.024);压载排水量减阻率高于设计排水量减阻率。凹槽深度20 mm,设计航速下,饱和喷气(Cq=0.210)时,设计排水量下绝对减阻率可达26.99%,压载排水量下绝对减阻率可达33.79%。     

三体滑行艇阻力试验研究

为了验证三体滑行艇超高速航行能力,研究其阻力特征和船型特点,通过船模试验测量了不同排水量、重心位置下的阻力、纵倾角和升沉,研究了压浪条对阻力与航态的影响.试验结果表明:三体滑行艇2个辅助片体的存在加大了高速航行时气动升力的影响,改善了其水动力性能,具有优异的纵向稳定性和极小的兴波与喷溅,在Fr(v) ＞8条件下仍能稳定...     

滑行艇规则波中迎浪运动响应的时域解

针对滑行艇耐波性预报必须考虑水动升力影响导致常规方法不适用的问题,采用基于线性长波假设的方法,考虑了瞬时波面对各水动力系数及波浪载荷的影响,给出了棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的时域解.同时,在计算瞬时水动力系数和波浪载荷时也考虑了升力效应.通过简化处理,将其应用于常规滑行艇的运动预报,并通过模型试验结果进行验证,计算值和试验值吻合较好,有较高的实际应用前景.     

波浪中KVLCC2运动与阻力增加的CFD计算及分析

为研究肥大型船舶在波浪中的运动与增阻问题,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)理论建立了数值波浪水池,并结合重叠网格方法对KVLCC2迎浪航行进行了模拟研究。文中计算了Fn=0.142时KVLCC2船模在不同频率遭遇波作用下的运动和阻力,采用傅里叶级数展开法分析获得垂荡、纵摇运动响应和阻力值,将船模在波浪中航行受到的阻力减去静水航行阻力,获得了不同频率下的阻力增加值,将运动与阻力增加值与相关实验结果比较,吻合良好。通过对Fn=0.142时KVLCC2在波浪增阻成分进行的分析,与相关势流理论计算结果及实验结果对比,研究表明:短波增阻主要由船体绕射贡献,同时表明CFD方法计算船舶在波浪上的运动和增阻的可靠性。     

矩形通道内纵向涡发生器布置方式对流动传热的影响

对矩形通道内非对称布置矩形纵向涡发生器进行了数值模拟研究,得出了Re在500~2 000范围内非对称布置纵向涡发生器对空气的流动和换热特性的影响规律.结果表明:非对称布置纵向涡发生器比对称布置纵向涡发生器的Nu数仅减少了4%~6%,而阻力因子f减少了11%~12%,减阻效果非常明显.非对称布置纵向涡发生器的综合换热性能j/f比对称布置方式增加了5%~20%,表明非对称布置纵向涡发生器的综合换热性能更好.     

气泡船减阻技术应用研究

本文从气泡船减阻技术的试验研究和实船开发等方面,总结了国内外微气泡减阻技术的研究进展,探讨了影响气泡船减阻效果的主要因素.对其工程应用中的关键技术进行了分析,并提出了有待深入研究的问题.