提高气泡船减阻率的技术措施
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ZOU Cun we , I S iwe , 。 i L U h — i ZHANG i g Ln
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Re e r h o e h c lm e s e fi p o i h a e uci n r t fa r c v t r f s a c n t c nia a ur s o m r v ng t e dr g r d to a e o i a iy c a t
占的 比例较大 ,所 以减小摩擦 阻力有 望成 为更有效 的 手段 。气泡船是指 采用气 泡减 阻技术 的一类船 舶 , 其 工作 原 理 是把 空 气 ( 或废 气 ) 引入 船底 ,在 船 底 表
收 稿 日期 : 0 1一l —2 ;修 回 日期 : 0 2— 4— 9 21 1 3 2 1 0 0
2. u a e h i a le e o m mu i a i ns W u a 3 06 Chi a; W h n T c n c l Co l g f Co n c to , h n 4 0 5, n
3 C iaA it nId s G nrl i rf C . Ld J g e 4 0 0 C ia . hn v i n ut e e r a o , t , n m n4 8 0 , hn ) ao  ̄ aA ct i
条措 施对 气泡 船 减 阻 效果 的影 响 ;另 一 方 面 探 讨 优
化横 剖 面底 部 形 状 措 施 对 气 泡 船 减 阻 效 果 的影 响 。
通过 探讨 ,以寻求 出使 气 泡 在 艇 底保 持 及 运 动 稳 定 性较 好 的最佳 减 阻 措施 ,从 而 提 高 高速 艇 摩 擦 阻 力 减阻 率 ,达到 降 阻节能 的 目的 。
Pa dl ;S rn t数 和 S 为 源 项 。 对 于 定 常 不 可 压 粘 性
l 控 制 方 程及 数 学模 型
本文 的控 制方程 包 括 :混 合 流体 的连续 性 方程 、
混合 流体 的 运 动方 程 、气 泡 的体 积 分 数 方 程 、关 于
气泡 与水 之 间滑移 速度 的方程 、湍流 模 式采 用 k—
去 占 砉p) (差 + () ( = ) p+ 去
C ( ,G )一c ¨ G +G : p
式 中 :G 为 由于平 均速 度梯 度 引 起 的 湍动 能 k的产 生 项 ;G 为 由于浮 力 引起 的湍 动 能 k的产 生 项 ; 为 可 压 湍 流 中高 马 赫 数 时 脉 动 扩 张 的 贡 献 ;C , C 和 C 为 经验 常数 ; 和o - 分别 为 k和 占对应 的
3 中航 工 业 特 种 飞 行 器研 究 所 , 北 荆 艇艇 底不同位置加设纵 向防逸条 , 控制气 泡沿船体横 向 的逸 出 , 大艇 底气泡 的体 积 来 增
浓 度 , 高 气 泡 船 的减 阻效 果 。考 虑船 体 横 剖 面 形状 对气 泡 逸 出 的 影 响 , 别 是 纵 剖 线 形 状 的影 响 , 对 优 化 后 的 新 提 特 又 船 型 进 行 了 气 泡 减 阻 计 算 。通 过 对 计 算 结 果 的 比较 分 析 , 求 控 制 气 泡 逃 逸 的 最 佳 技 术 措 施 。 寻
目标 之一 ;通 过线型优化减 小剩余 阻力是 目前 的主要
手 段 。而 对 多数 水 面 和 水 下 航 行 物 而 言 ,摩 擦 阻力 所
本 、中国 、美 国 、法 国、韩 国等 国大力开 展 了船舶 气 泡减 阻技术 的研究 ,并在俄 罗斯 等 少数 国家 的平 底 船 和高速艇 上得到 了初步应用 。据 克雷 洛夫 研究 院研 究 成果报 导 :利用气 泡技术可使 大多数 滑行 艇 的阻力 减 小 2% ~ 0 0 4% ,而 消耗 在 压缩 空 气 上 的 功率 不
混合模 型 的连 续方 程为
( m)+V・ P p ( ) 。 =
2 边 界 条 件
本文 的边 界 条件 为水 流 入 口边 界 条件 、微 气 泡 喷 人 口边 界条 件 、出 口边界 条件 、壁 面 和对称 面 。
式中:
=
∑:c 为 合相 量平 度 ;P , 混 质 均速
;
1 速度 入 口边界 : 。 ,V ) =“ :u =W= 0气 液 两 相流 速相 等 ,为均 匀 的来 流 。
2 出流 边 界 : ) :0 ,咖 : , ,鲫 在 出 口
P= 0 混 ∑ t 为 合密 为 k 体积分数; k p 度; 第 相的
c n rli g a rb b l st s a e ba swh c r x d o h ifr n ie fhg s e d c a ’ ot m t o toln i u b e o e c p r ih a e f e n t e d f e tsts o ih—p e r f S b to i e t o
bu b e s a i b l s e c p ng
0 引 言
减阻提速 、降低 能耗是船舶研 究设计人 员 的主要
面形 成气水混合 两相流 ,以降低船底 表 面附 近流体 密 度 ,改变边界层 内流动结构 ,从 而 降低船 底表 面摩 擦
阻 力 ,达 到 节 能 目 的 。 自 17 93年 以 来 , 俄 罗 斯 、 日
描述 了由于气 穴或 用户 定义 的质 量源 的质 量传 递 。
处 ,所有 变量 ,如 “ ,W等 梯度 均为 0 , 。 3 )对 称边 界条 件 :U = 0在 对称 面上 ,法 向速
0( )+ ‘ 口 P ( )=
. 5・ 2
会 大于 总功率 的 3 。如果 优化 艇底 形状 ,减 阻效 果 %
还 可 提 高 到 5 % 。 他 们 已 开 发 成 功 的 产 品 有 2个 型 0
一
。
(
) 。
号 ,一个是 内河 气 泡 艇 “ 达 ” 号 ;另 一 个 是 沿 海 林
第3 4卷 第 1 0期
21 年 1 月 02 0
舰
船
科
学
技
术
Vo . 4. NO 1 13 .0 Oc .,2 2 t 01
S I CI H P S ENCE AND TECH N0L 0GY
提高气泡船减 阻率的技术措 施
邹 存 伟 刘世 伟 , , 张 玲
(. 1 中国舰 船研 究设 计 中心 , 湖北 武 汉 4 0 6 2 武汉 交通 职业 学院 , 3 0 4; . 湖北 武 汉 4 0 6 : 3 0 5
标准 k— m d l oe 通过 引入湍动 能和湍动 粘度 的输
运方程得到 k和 s ,而 p 表达 为 k s的函数 ,即 : 和
0 杀 U=。 差+ ( (i-r ) + ) L (
G^+ G6一p — l +S s , M ;
现 。本 文一方 面探 讨 船 体 底 部 设 置小 尺度 纵 向防 逸
基 金 项 目 : 家 “ 6 ” 目( ,0 A 1Z 2 ) 国 83 项 2 0 6 A 1 2 3 作 者 简 介 : 存 伟 ( 9 2一) 女 , 程 师 , 邹 18 , 工 主要 从 事船 舶水 动力 性 能 研究 。
第1 0期
邹存伟 , : 高气 泡船减 阻率的技 术措 施 等 提
a o d a rb b l se c pi r m oh sd so h h p a d i c e s he v l me c n e tai n o i b l s v i i u b e s a ngfo b t i e ft e s i n n r a e t o u o c nr to fa rbu b e . Co i e i g t n u n e o h r s —e to n h h pe o he rp o l n i u bls e c p n t e nsd rn he i f e c ft e c o ss c ins a d t e s a f s e — r f e o ar b b e s a i g,h l i n me ia ac a in a o tarb b l si s d b h p i ie hi o m. i a e o p r ste di e e t u rc lc lulto b u i u b e su e yt e o t z d s p f r Th sp p rc m a e h f r n m f r s ls a d re t fn t e e t e h c l e u t n ti s o i d h b s t c nia me s r s f o toln t e i b b l s o s a e n t e a u e o c n rli g h a r u b e t e c p a d h n i p o i g t r g r d to a e m r vn he d a e ucin r t .
模型 。
1 1 控 制 方 程 .
流 的计 算 ,式 中 的 首 项 ( 间 导 数 项 ) , 时 ,G ,Y
S和 S 可 以 忽 略 。 各 经 验 常 数 为 :C =14 , : = 。 . 4 C
1 9 ,C 0 0 . 2 = . 9,o r =1 ,
=13 . ,本 文 中 C = 。 3 0
关键 词 : 高速 艇 ; 气泡减 阻 ; 微 防逸条 ; 气泡选 出
中图分类 号 : U 6 .1 6 1 3 1 文献 标识 码 : A 文 章 编 号 : 1 7 7 4 (0 2 1 0 2 0 d ii . 4 4 ji n 1 7 7 4 . 0 2 1. 0 6 2— 6 9 2 l ) 0— 0 4— 7 o :0 3 0 /.s . 6 2— 6 9 2 1 . 0 0 5 s
K e r : hih s e d c a ; ir b b l r g r d c in; o to l i u b e o e c p a s; i y wo ds g — p e r f m c o— u b e d a e u to c n r li arb b l st s a e b r ar t ng
用 气泡登 陆艇 “ 岩羚 ” 号 。 微气泡 能 有 效地 减 少 船 舶 表 面 的 摩擦 阻力 ,其 关键 在 于船底 边界 层 内能 否 保 持适 量 的气 泡 体 积 浓 度 ,当微 气泡 体 积 浓 度 较 小 时 ,减 阻效 果 就 难 以实
1 2 标 准 k一 湍 流 模 型 .
A b t a t I r e o i sr c : n o d r t mprv h r g r d ci n ef c farc v t r f,h sp p ru e o gt d na o e t e d a e u to fe to i a iyc a t t i a e s 8l n iu i l
( . hn hpD vl m n a dD s nC ne , u a 3 0 4, hn ; 1 C iaS i e e p e t n ei e trW hn4 0 6 C ia o g
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占的 比例较大 ,所 以减小摩擦 阻力有 望成 为更有效 的 手段 。气泡船是指 采用气 泡减 阻技术 的一类船 舶 , 其 工作 原 理 是把 空 气 ( 或废 气 ) 引入 船底 ,在 船 底 表
收 稿 日期 : 0 1一l —2 ;修 回 日期 : 0 2— 4— 9 21 1 3 2 1 0 0
2. u a e h i a le e o m mu i a i ns W u a 3 06 Chi a; W h n T c n c l Co l g f Co n c to , h n 4 0 5, n
3 C iaA it nId s G nrl i rf C . Ld J g e 4 0 0 C ia . hn v i n ut e e r a o , t , n m n4 8 0 , hn ) ao  ̄ aA ct i
条措 施对 气泡 船 减 阻 效果 的影 响 ;另 一 方 面 探 讨 优
化横 剖 面底 部 形 状 措 施 对 气 泡 船 减 阻 效 果 的影 响 。
通过 探讨 ,以寻求 出使 气 泡 在 艇 底保 持 及 运 动 稳 定 性较 好 的最佳 减 阻 措施 ,从 而 提 高 高速 艇 摩 擦 阻 力 减阻 率 ,达到 降 阻节能 的 目的 。
Pa dl ;S rn t数 和 S 为 源 项 。 对 于 定 常 不 可 压 粘 性
l 控 制 方 程及 数 学模 型
本文 的控 制方程 包 括 :混 合 流体 的连续 性 方程 、
混合 流体 的 运 动方 程 、气 泡 的体 积 分 数 方 程 、关 于
气泡 与水 之 间滑移 速度 的方程 、湍流 模 式采 用 k—
去 占 砉p) (差 + () ( = ) p+ 去
C ( ,G )一c ¨ G +G : p
式 中 :G 为 由于平 均速 度梯 度 引 起 的 湍动 能 k的产 生 项 ;G 为 由于浮 力 引起 的湍 动 能 k的产 生 项 ; 为 可 压 湍 流 中高 马 赫 数 时 脉 动 扩 张 的 贡 献 ;C , C 和 C 为 经验 常数 ; 和o - 分别 为 k和 占对应 的
3 中航 工 业 特 种 飞 行 器研 究 所 , 北 荆 艇艇 底不同位置加设纵 向防逸条 , 控制气 泡沿船体横 向 的逸 出 , 大艇 底气泡 的体 积 来 增
浓 度 , 高 气 泡 船 的减 阻效 果 。考 虑船 体 横 剖 面 形状 对气 泡 逸 出 的 影 响 , 别 是 纵 剖 线 形 状 的影 响 , 对 优 化 后 的 新 提 特 又 船 型 进 行 了 气 泡 减 阻 计 算 。通 过 对 计 算 结 果 的 比较 分 析 , 求 控 制 气 泡 逃 逸 的 最 佳 技 术 措 施 。 寻
目标 之一 ;通 过线型优化减 小剩余 阻力是 目前 的主要
手 段 。而 对 多数 水 面 和 水 下 航 行 物 而 言 ,摩 擦 阻力 所
本 、中国 、美 国 、法 国、韩 国等 国大力开 展 了船舶 气 泡减 阻技术 的研究 ,并在俄 罗斯 等 少数 国家 的平 底 船 和高速艇 上得到 了初步应用 。据 克雷 洛夫 研究 院研 究 成果报 导 :利用气 泡技术可使 大多数 滑行 艇 的阻力 减 小 2% ~ 0 0 4% ,而 消耗 在 压缩 空 气 上 的 功率 不
混合模 型 的连 续方 程为
( m)+V・ P p ( ) 。 =
2 边 界 条 件
本文 的边 界 条件 为水 流 入 口边 界 条件 、微 气 泡 喷 人 口边 界条 件 、出 口边界 条件 、壁 面 和对称 面 。
式中:
=
∑:c 为 合相 量平 度 ;P , 混 质 均速
;
1 速度 入 口边界 : 。 ,V ) =“ :u =W= 0气 液 两 相流 速相 等 ,为均 匀 的来 流 。
2 出流 边 界 : ) :0 ,咖 : , ,鲫 在 出 口
P= 0 混 ∑ t 为 合密 为 k 体积分数; k p 度; 第 相的
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0 引 言
减阻提速 、降低 能耗是船舶研 究设计人 员 的主要
面形 成气水混合 两相流 ,以降低船底 表 面附 近流体 密 度 ,改变边界层 内流动结构 ,从 而 降低船 底表 面摩 擦
阻 力 ,达 到 节 能 目 的 。 自 17 93年 以 来 , 俄 罗 斯 、 日
描述 了由于气 穴或 用户 定义 的质 量源 的质 量传 递 。
处 ,所有 变量 ,如 “ ,W等 梯度 均为 0 , 。 3 )对 称边 界条 件 :U = 0在 对称 面上 ,法 向速
0( )+ ‘ 口 P ( )=
. 5・ 2
会 大于 总功率 的 3 。如果 优化 艇底 形状 ,减 阻效 果 %
还 可 提 高 到 5 % 。 他 们 已 开 发 成 功 的 产 品 有 2个 型 0
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。
(
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号 ,一个是 内河 气 泡 艇 “ 达 ” 号 ;另 一 个 是 沿 海 林
第3 4卷 第 1 0期
21 年 1 月 02 0
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Vo . 4. NO 1 13 .0 Oc .,2 2 t 01
S I CI H P S ENCE AND TECH N0L 0GY
提高气泡船减 阻率的技术措 施
邹 存 伟 刘世 伟 , , 张 玲
(. 1 中国舰 船研 究设 计 中心 , 湖北 武 汉 4 0 6 2 武汉 交通 职业 学院 , 3 0 4; . 湖北 武 汉 4 0 6 : 3 0 5
标准 k— m d l oe 通过 引入湍动 能和湍动 粘度 的输
运方程得到 k和 s ,而 p 表达 为 k s的函数 ,即 : 和
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基 金 项 目 : 家 “ 6 ” 目( ,0 A 1Z 2 ) 国 83 项 2 0 6 A 1 2 3 作 者 简 介 : 存 伟 ( 9 2一) 女 , 程 师 , 邹 18 , 工 主要 从 事船 舶水 动力 性 能 研究 。
第1 0期
邹存伟 , : 高气 泡船减 阻率的技 术措 施 等 提
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1 1 控 制 方 程 .
流 的计 算 ,式 中 的 首 项 ( 间 导 数 项 ) , 时 ,G ,Y
S和 S 可 以 忽 略 。 各 经 验 常 数 为 :C =14 , : = 。 . 4 C
1 9 ,C 0 0 . 2 = . 9,o r =1 ,
=13 . ,本 文 中 C = 。 3 0
关键 词 : 高速 艇 ; 气泡减 阻 ; 微 防逸条 ; 气泡选 出
中图分类 号 : U 6 .1 6 1 3 1 文献 标识 码 : A 文 章 编 号 : 1 7 7 4 (0 2 1 0 2 0 d ii . 4 4 ji n 1 7 7 4 . 0 2 1. 0 6 2— 6 9 2 l ) 0— 0 4— 7 o :0 3 0 /.s . 6 2— 6 9 2 1 . 0 0 5 s
K e r : hih s e d c a ; ir b b l r g r d c in; o to l i u b e o e c p a s; i y wo ds g — p e r f m c o— u b e d a e u to c n r li arb b l st s a e b r ar t ng
用 气泡登 陆艇 “ 岩羚 ” 号 。 微气泡 能 有 效地 减 少 船 舶 表 面 的 摩擦 阻力 ,其 关键 在 于船底 边界 层 内能 否 保 持适 量 的气 泡 体 积 浓 度 ,当微 气泡 体 积 浓 度 较 小 时 ,减 阻效 果 就 难 以实
1 2 标 准 k一 湍 流 模 型 .
A b t a t I r e o i sr c : n o d r t mprv h r g r d ci n ef c farc v t r f,h sp p ru e o gt d na o e t e d a e u to fe to i a iyc a t t i a e s 8l n iu i l