船舶微气泡减阻理论分析及试验研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文船舶微气泡减阻理论分析及试验研究姓名：蔡成法申请学位级别：硕士专业：流体力学指导教师：詹德新;王慧觉2003.5.1武汉理工大学硕士学位论文摘要‘由于微气泡能够有效减小固体壁面与其它介质之间的摩擦阻力，越来越多的学者开始投入到这项研究之中。如果把微气泡减阻技术应用到船舶上，在船舶底部喷射微气泡，使与船舶底部接触的水变成水与微气泡的混合液，形成一薄层气膜紧贴在船底表面，就可以达到提高航速或航速不变减小主机功率的节能目的。本文首先对微气泡减阻机理进行了理论分析。对单个微气泡的受力情况进行了剖析，从而得出

2、影响微气泡减阻的主要因素；由于微气泡的运动总是以成群的状态出现，这种运动与单个微气泡的运动又有所不同，因此，本文对这方面的内容也做了初步的研究，以更多的了解减阻过程中的主导因素。在试验研究部分中，根据试验水池的不同，设计了两种模型一一小比尺模型和大比尺模型，并分别对其可行性进行了分析。对于微气泡产生装置，考虑到实用及创新等因素，采用了多孔硅材料板。此外，在小比尺模型试验中，还提供了一种断阶喷气试验设计方案，在大比尺模型试验中，采用了首中部同时喷气的方法，这些都是本文试验的创新之处。针对以上所设计的试验方案进行了不同速度、不

3、同喷气量及不同吃水等情况下的微气泡减阻试验。结果表明：减阻率的变化与水流速度、喷气量、船模的吃水，以及有无压浪板有关。当喷气量一定时，水流速度增大，减阻率提高：喷气量与减阻率之间的关系比较复杂，速度一定时，如果喷气量较小，减阻效果就比较差，但当喷气量增大的话，喷射出的气体就会形成一个“拱度”，增加了船模的形状阻力，在这种情况下最好采取断阶喷气，把气体引入到湍流边界层中，在这种情况下，船模的形状阻力比较大；船模的吃水对减阻率也有～定的影响，主要表现在波浪大小上，如果吃水较深，波浪影响不到微气泡层的分布，对减阻率不会造成太大影

4、响，如果吃水较浅，波浪就会影响到微气泡层在船模底部的覆盖情况，可能会有部分微气泡从船模两侧泄漏，这样就直接影响到了减阻效果；是否安装压浪板，对减阻率也有较大的影响，从试验结果可以看出，在船模尾部加设了压浪板时，减阻效果明显得到改善。本文没有太多考虑多孔材料板孔径大小对减阻效果的影响，这方面的内容还有待进一步研究。关键词：微气泡，多孔材料，船舶阻力，试验，减阻率+本文受到国家自然科学基金“高速气泡船减阻试验及理论研究”(批准号19972050)资助。武汉理工大学硕士学位论文Abstract·Becausemicrobubbl

5、ecouldeffectivelyreducethefrictionresistancebetweensolidwallandothermedium，moreandmorescholarscontributethemselvestOit．Theresistanceofnavigatingvesselwouldbecutdownandlcadtothepurposeofimprovingthevelocityordecreasingthepowerofmainenginewhilemaintainingthevelocity

6、,ifthetechnologyofreducingthefrictionbymicrobubblesiettedfromthebottomofvessels，whichmakesthewaterclosetothevessel’Sbottombecomethemixtureorwaterandmicrobubblesandforrnathingaslayer，couldbeappliedinships．Inthisarticle，theauthorfirstlyanalyzedthemechanismofreducing

7、thefrictionresistance．Afteranalyzingtheinstanceofseveralforcesofsinglemicrobubble，theauthorfoundthemainfactorsofinfluencingfrictionresistanceBecausethemovementofmicrobubblesisalwaysinthewayofclusterandthismovementisdifferentfromitofsinglemicrobubble，primaryanalysi

8、softhiscontentiscarriedinthisarticleforknowingmoreaboutthemainfactorsoffrictionresistance．Inexperimentstudy,theauthordesignedtwomodels——smaUscalemodelan