【摘 要】
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在自然状态下,靠近海平面的海水中存在气泡层,当船舶航行时,这些微小气泡会被伴流夹带至船底处。对于科考船而言,在声呐位置附近的气泡会吸收或反射声波,这种现象叫做气泡下行扫掠。目前,工程上多采用安装导流罩的方式,使气泡流发生偏折,减小气泡下扫效果。然而安装导流罩后又会使阻力增加。必须同时对阻力和气泡下扫效应进行综合探讨研究。本文先对科考船裸船体模型的阻力及流场展开数值模拟,在得到准确模拟结果的基础上,
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在自然状态下,靠近海平面的海水中存在气泡层,当船舶航行时,这些微小气泡会被伴流夹带至船底处。对于科考船而言,在声呐位置附近的气泡会吸收或反射声波,这种现象叫做气泡下行扫掠。目前,工程上多采用安装导流罩的方式,使气泡流发生偏折,减小气泡下扫效果。然而安装导流罩后又会使阻力增加。必须同时对阻力和气泡下扫效应进行综合探讨研究。本文先对科考船裸船体模型的阻力及流场展开数值模拟,在得到准确模拟结果的基础上,向科考船底部加装导流罩,对导流罩的增阻效果进行探讨。随后,基于流线法对气泡流迹展开分析。同时结合第三章流场结果展开分析,探讨了对气泡下扫的成因。最后基于DEM方法建立微气泡模型,对比讨论了气泡流迹和流线的区别。本文主要对科考船裸船体、带导流罩附体模型的阻力、流场特性进行了大量的数值计算并分析其规律和特征。首先,总结国内外气泡下扫问题的研究现状,提出现有研究存在的问题,进而引出本文研究关注的问题,最终确定本文的主要研究内容:以某科考船裸船体模型为研究对象,对静水条件下的性能进行计算,对其阻力特性、流场结果进行分析。在上述计算结果的基础上,向科考船模型船底安装导流罩附体,对带附体后的科考船模型阻力及气泡下扫特性进行研究,并对附体增阻和导流罩的气泡偏折效果进行对比分析。最后结合DEM方法建立微气泡模型,先通过计算水翼梢涡处气核演化规律对数值方法正确性进行探讨,随后建立科考船气泡下扫综合分析方法,对科考船艏部气泡轨迹进行分析。结果表明:航速会影响到带附体科考船模型的阻力性能,高航速下阻力增额较大。同时,不同的航速下迁移轨迹具有一致的趋势,基本相似的下扫角度,安装导流罩后,流线在X-Y方向的流迹会产生较大的偏折,在X-Z方向的流迹产生较小的偏折。气泡下扫主要受到船艏周围的垂向速度和表面的水动压力影响,高航速下垂向速度使得气泡会更快发生下扫,产生下扫点提前的结果。导流罩两侧形成涡强值在120/s附近的尾涡,造成了流线向两侧偏移的结果。最后,气泡轨迹与流线基本具有一致的趋势,在分析科考船气泡下扫问题上,可以将微气泡视为流线处理。
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