基于歐拉雙流體模型和相群平衡模型建立了真實(shí)海洋環(huán)境下的艦船近程氣泡尾流數(shù)值模擬方法,對艦船駛過時海洋背景場中生成更大氣泡的可能性進(jìn)行研究,以了解艦船近程尾流中氣泡的空間分布特征,為聲學(xué)和光學(xué)探測艦船尾流提供依據(jù)。研究表明:艦船航行會顯著增加艦船周圍自由面的氣泡空隙率,使海洋背景場中自由面上的空隙率增加到2倍以上。大氣泡主要集中在艦船的表面,體積分率可達(dá)85%;自由面上小氣泡的數(shù)密度最高。原海洋背景場中不存在的大氣泡將主要在壁面生成,自由面上也有少部分生成。 

【文章來源】：中國造船. 2020,61(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

計算域

表2和圖2給出了真實(shí)海洋環(huán)境建模后的各尺寸分組氣泡的體積分率�？梢钥吹�，整個水體的氣泡體積分率與流場外邊界上相差不大，氣泡體積分率的變化主要發(fā)生在自由面和壁面等特征面上。如大氣泡主要集中在艦船表面，體積分率可達(dá)85%；自由面上各分組的體積分率則相差不大，中等尺寸氣泡D1(320μm）的體積分率幾乎保持外邊界上的值沒有變化，而尺寸更小一點(diǎn)的氣泡（D2～D4）發(fā)生聚并使體積分率f2～f4減小，形成尺寸較大的氣泡D0(640μm）從而使體積分率f0增大。除中等尺寸氣泡D1的體積分率稍低外，大氣泡D0和小氣泡（D2～D4）的體積分率都在20%左右，故小氣泡的數(shù)密度最高。這與文獻(xiàn)[11]的數(shù)值模擬的結(jié)論：“艦船尾流中半徑為10～30μm的氣泡存活時間最長”相符合。圖3給出了D0和D1兩個分組在自由面和壁面上的體積分率云圖�？梢钥吹�，自由面上的大氣泡D0主要分布在船體周圍的凱爾文波系內(nèi)，而中等（D1）及以下的氣泡則在凱爾文波系以外；壁面上的大氣泡主要分布于艏部稍后的平行中體至艉部軸包套上方的大部分船體表面，而中等氣泡主要分布在球鼻艏和艉部軸包套區(qū)域，中等以下的氣泡則主要位于船艏。圖4給出了自由面和壁面總的空隙率分布。在自由面上艉部舷側(cè)存在顯著的氣泡帶，壁面上則是在船底的平行中體入流段沿舭龍骨處聚集了大量的氣泡。

圖3給出了D0和D1兩個分組在自由面和壁面上的體積分率云圖。可以看到，自由面上的大氣泡D0主要分布在船體周圍的凱爾文波系內(nèi)，而中等（D1）及以下的氣泡則在凱爾文波系以外；壁面上的大氣泡主要分布于艏部稍后的平行中體至艉部軸包套上方的大部分船體表面，而中等氣泡主要分布在球鼻艏和艉部軸包套區(qū)域，中等以下的氣泡則主要位于船艏。圖4給出了自由面和壁面總的空隙率分布。在自由面上艉部舷側(cè)存在顯著的氣泡帶，壁面上則是在船底的平行中體入流段沿舭龍骨處聚集了大量的氣泡。圖4 空隙率云圖（N=5)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]CFD-PBM耦合模型模擬氣液鼓泡床的通用性研究[J]. 張華海,王鐵峰.  化工學(xué)報. 2019(02)
[2]基于相群平衡模型的艦船氣泡尾流數(shù)值模擬[J]. 傅慧萍.  上海交通大學(xué)學(xué)報. 2013(04)
[3]艦船遠(yuǎn)場尾流氣泡分布特性的數(shù)值模擬[J]. 顧建農(nóng),張志宏,張曉暉.  光子學(xué)報. 2007(08)

碩士論文
[1]科考船船首和多波束導(dǎo)流罩線型CFD分析方法與試驗(yàn)驗(yàn)證[D]. 張亞.上海交通大學(xué) 2015



本文編號：3307586