减小船舶航行阻力是发展船舶节能技术及提高船舶航速的方向之一,而对于船舶水动力学的研究来说,减小船舶阻力一直是这门学科的主旋律。微气泡减阻技术是近三十年发展起来的,国内外许多学者对气泡减阻进行了大量实验和理论研究,其良好的减阻效果已经为试验所检验。国家863科技攻关项目“高速气泡船船型研究"是针对气泡船的运动特点,从理论及试验研究着手,研究出具有高效喷气方式、气泡稳定性好及各项性能指标优良的高速气泡船新船型。本文是在对高速气泡船减阻进行理论及试验研究的基础上,进一步研究提高高速气泡船减阻率的技术措施。本文通过对高速艇艇底不同位置加设纵向防溅条,来控制气泡沿船体横向的逸出,增大艇底气泡的体积浓度,提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,特别是纵剖线形状的影响,又对一艘改型气泡船进行了气泡减阻计算。通过对计算结果的比较分析,寻求控制气泡逃逸的最佳技术措旌,从而提高高速艇摩擦阻力减阻率,达到降阻节能的目的。本文数值求解中应用有限体积法对方程进行离散,采用SIMPLEC算法求解雷诺平均流动方程组、以及求解含有微气泡的雷诺平均的两相流动方程组。计算不喷气状态时,选用标准k-ε湍流模型及标准壁面函数,这有利于计算的收敛,考虑重力作用。计算喷气状态时,采用欧拉方法的MLxture混合两相流模型及标准k-ε湍流模型,即将气泡流作为混合物的流动处理,同时考虑了气泡与水的相对运动。本文数值模拟结果表明:在高速艇艇底设置小尺度纵向防溅条虽抑制了气泡向艇体两侧逃逸,也增大了气泡在艇底的体积浓度,但是并没有提高高速艇的减阻率。改型船底部的纵剖线近乎平直的设计特点,保证了船底气泡具有较好的运动稳定性,使艇底气泡的体积浓度增大,摩擦阻力减阻率提高。改型船舭部设计成折角型,并保持一定的下倾角,控制了气泡沿船体横向的逸出,增大了气泡的体积浓度,提高了摩擦阻力减阻率。改型船最大可获得37.3%的摩擦阻力减阻率。
