平底氣泡船凹槽氣層波動(dòng)特性*

吳　浩，歐勇鵬

(海軍工程大學(xué) 艦船工程系， 湖北 武漢　430033)

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平底氣泡船凹槽氣層波動(dòng)特性*

吳浩，歐勇鵬

(海軍工程大學(xué) 艦船工程系， 湖北 武漢430033)

為提高大型平底氣泡船底部凹槽設(shè)計(jì)的有效性，基于RANS方程及VOF兩相流模型構(gòu)建了大型平板船凹槽氣層數(shù)值計(jì)算模型。研究氣層在凹槽中的動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，分析速度對(duì)氣層波動(dòng)的影響規(guī)律，并闡述三維凹槽氣層的波形特性及其與二維氣層波動(dòng)的區(qū)別，揭示氣層波動(dòng)的相似律。數(shù)值結(jié)果表明：氣層在凹槽中呈現(xiàn)波動(dòng)形態(tài)，氣層波長(zhǎng)隨速度的增加而增大，波長(zhǎng)等于速度平方的0.64倍；氣層在凹槽側(cè)壁的干擾及反射下呈現(xiàn)相干波系，從而其波高及局部厚度也隨之改變；氣層波動(dòng)滿足傅汝德相似。

平板船；波動(dòng)形態(tài)；回歸分析；相似律；VOF模型

相同航速下，氣層減阻技術(shù)應(yīng)用在高速船可節(jié)省20%～30%的主機(jī)功率，應(yīng)用在排水型船可節(jié)約主機(jī)功率10%～20%[1-3]，而設(shè)計(jì)優(yōu)良的供氣系統(tǒng)產(chǎn)生減阻氣層需要消耗的功率小于主機(jī)功率的3%[4-5]。

船底凹槽是排水型船舶氣層減阻方案設(shè)計(jì)的重要途徑。荷蘭DK Group船舶設(shè)計(jì)公司針對(duì)大中型運(yùn)輸船型，通過在船底設(shè)置大型凹槽，開發(fā)了氣層減阻系統(tǒng)(air cavity system)，在超大型原油輪(Very Large Crude Carrier, VLCC)模型上采用該系統(tǒng)后阻力降低15%以上。2008年，該公司在一條長(zhǎng)81 m、寬13.4 m、吃水5.8 m、設(shè)計(jì)航速12 kn、載重量2800 t的小型散貨船上進(jìn)行了實(shí)船氣層減阻改裝及測(cè)試，航行試驗(yàn)表明：總體節(jié)能效果可達(dá)到8%[6]。蘇聯(lián)的克雷洛夫中央艦船研究院針對(duì)大型油船、貨船、高速客船……