船舶远程尾流场中气泡上浮运动模型.pdf

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1、第14卷第ll期2010年11月船舶力学JoumalofShipMechanicsV01．14No．1lNov．2010文章编号：1007—7294(2010)11一1195—07船舶远程尾流场中气泡上浮运动模型田恒斗，金良安，迟卫(海军大连舰艇学院，辽宁大连116018)摘要：针对尾流气泡运动过程中上浮速度与半径变化互相影响的动态耦合问题，分析了气泡的受力情况，考虑到非恒定B聃set力的影响，得出了气泡瞬态加速度模型；并在气泡传质模型中引入非平衡传质理论，得出了气泡的瞬态非平衡传质模型；进而依据气泡质量变化率实现了两模型的耦合，以此构建了完整的船舶远程尾流场中气泡上浮运动模型。

2、计算结果表明，B∞set力对运动初始阶段的速度变化影响显著，而引入非平衡传质理论的计算结果与实验吻合更好。关键词：船舶尾流；气泡上浮运动模型；非平衡传质；B鹊set力中图分类号：0427．4U661．7l文献标识码：ARjsingprocessmodelofbubbleinthefarwakeofshipTlANHe孔g-￡{0u，JlNLi∞Ig-循kCHIWei(Dali绷NavalAcademy'蹦i锄116018，China)Abst耐：r11le训ius锄dVeloci锣ofbubbleint}le陆wakeofshipareillteractedwllilethebu

3、bblerisingpmce鹪．TodescribetIIisproce够mom加cu吣，咖删elswerepn谳ded：tlletra啦ientaccel剃onmodelw鹊acco耐ingtoforcesonarisingbubble，paniculadytheNon—ConstalltB鹊∞tforce；tlle咖sientm勰s仃；msfermodelofbubIblew鹤b鹪ed叩non删晡啪ma鹳位m幽圩tIleofy．AndiIl捌盱tofomainte铲atedmodelofthebubblerising，the驼twomodelswerecoupledtoget

4、herbym嬲sgradientoft}lebubble．Calcu．1ati佣瑚ultsshowtllatB鹬setforceh舾asi印ific锄tinfluenceont}Ieveloc蚵v撕ation砒tlleeadierstageofbubblerising，锄dthecalculatedresultsbytlleinteg陋ted删elareelosertoexperimentalda组．Keywords：shipwake；bubblerisemDdel；nonequilibriumm鼬s～tmnsfer；B鹊∞tforce1引言船舶航行时，由于螺旋桨的空泡现象、船体

5、水线部分卷入的大量空气、船首兴波的破碎等因素，必然会在其尾部形成一条含有大量气泡的尾迹，常称之为气泡尾流场【ll。由于其中大量气泡的存在，尾流场的声、光等物理特征与周围普通水域相比存在显著差异，从而为针对船舶的探测、跟踪等提供了良好的目标特征渊。因此，船舶气泡尾流场具有重要的军事和民用价值，其研究也必然成为了一个热点。有关尾流场中气泡的运动、分布情况的研究，作为气泡尾流场特征研究的基础也得到了广泛关注，特别是气泡在远程尾流中的上浮规律，因其直接决定了船舶气泡尾流场整体的可探测时间、强度等关键特征，其研究更是倍受重视，目前也已取得了众多成果醐。然而，现有的气泡上浮运动模型中，虽已考

6、虑了气泡半径变化和上浮速度对气泡运动过程的综合收稿日期：2010—06—01基金项目：国家“十一五”水动力学预研资助项目(51314030103；加103020204)作者简介：田恒斗(198l一)，男，博士生；金良安(1966-)，男，教授，博导。1196船舶力学第14卷第11期影响，但还存在一些明显的不足，比如：气泡半径决定其上浮速度，而上浮速度变化又改变气泡周围流场，从而影响其扩散传质性能，并改变泡内气体压强的变化率，进而又会影响气泡半径的变化，目前对这一瞬时动态耦合过程缺乏必要的研究。为此，本文将较为全面地考虑气泡上浮过程的动态变化特点，分析气泡的受力情况，充分考虑非恒定

7、B∞set力的影响，得出气泡瞬态加速度模型；并将非平衡传质理论引入气泡传质模型中，得出气泡的瞬态非平衡传质模型；进而依据两模型的关联因素实现其耦合，以构建完整的船舶远程尾流场中气泡上浮运动模型。为检验该模型的适用性，将进一步分析非平衡传质理论和B嬲set力对模型计算结果的影响，同时利用该模型初步计算分析远程尾流场中气泡的分布情况。2远程尾流中气泡上浮运动的关键影响因素远程尾流通常是指距离船舶三倍船长以外的部分。现有研究已经表明，其水体流动特征与海洋背景的流场基本一致，对尾流中的气