水面船舶减阻新技术研究

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目前,绿色船舶和经济船舶是大中型运输船舶发展和设计的主要趋势,能够有效的减少环境污染和能源浪费等诸多问题。近几十年来,科研人员提出了很多关于船舶的减阻技术,一部分减阻技术还处于理论研究阶段,还有一部分减阻技术已被运用到实船上,并且取得较好的减阻效果。通过前人的研究,有两种相对成熟的减阻技术,一种是反向射流减阻技术,在绕流钝体的首部驻点位置喷射反向射流,可以有效的降低首部高压区的压力,从而降低钝体的压差阻力;另一种是气泡/气膜减阻技术,通过向船体表面通入气体,形成气泡或气膜,改变船体表面附近介质的性质,以减小船体的摩擦阻力。本文将上述两种减阻技术引入到20000DWT江海直达散货船上,并且提出具体的减阻方案,通过FLUENT软件对该船在1:31.98的缩小模型上进行数值模拟仿真,研究相关的减阻规律并对其进行分析,选出一套最佳的综合减阻方案。对船体模型在首部迎流喷气或喷水进行数值模拟,计算结果显示:1)在首部迎流喷水可以有效降低首部压力,从而减小压差阻力,但对模型平行中体以及尾部的压力分布几乎没有影响;2)由于本文采用合模的思想,喷水口越接近水面,减阻效果越好;3)保持喷水口面积和位置不变,改变喷水速度,当喷水速度取1m/s时,综合减阻效果最好,减阻率达到4%,节能率达到2.3%;4)首部迎流喷气时,喷气口位置太接近水面,喷出的气体受到浮力的影响,逸散到水面,并不能有效覆盖船体,不能起到减阻效果。在船模底部纵向设置喷口,向船舷侧横向喷气,研究喷口位置、喷口面积和总喷气流量对减阻效率的影响。结果显示:1)喷气量一定时,喷口越靠近来流端,减阻效果越好;2)保持喷水口面积和位置不变,改变总喷气量,摩擦减阻率与总减阻率随总喷气量的增加先逐渐增加,最后趋于平缓。节能率随总喷气量的增加逐渐下降,最终变为负值。首部迎流喷水减阻方式和底部横向喷气减阻方式互不影响。当来流速度为1m/s,雷诺数为4.976×10~6时,首部迎流喷水速度取1m/s、底部横向喷气的总喷气量取2.5 m~3/h,可使总减阻率达到23.06%,节能率达到3.19%。
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