船舶微环境气泡分布、破裂、聚合及减阻机理研究

本课题针对船体周围流场高雷诺数、高含气率、大吃水压力特点，基于气泡平衡理论，结合欧拉-欧拉两相流模型，探讨微气泡聚合与破裂的气泡边界密度迁移方程源项，探讨气泡动力学方程、附加质量方程和升力方程的改进方法，探讨湍流模型，探讨数值计算方法，完善船舶微气泡减阻理论预报方法。通过微气泡与周围环境的相互作用研究，分析影响微气泡分布、聚合与破裂的影响因素及之间的内在联系，研究微气泡聚合与破裂的描述方法。以三大主流船型流场环境为背景，建立"相当平板"模型，分析雷诺数、傅汝德数、含气率、吃水等对微气泡分布、破裂与聚合的作用极限范围，研究微气泡聚合与破裂及减阻机理，明确具有高效减阻效果的气泡分布和控制方式。研究工作可为深入进行船舶微气泡减阻机理研究提供理论基础，为微气泡减阻实船应用提供关键的技术指导。

将气泡平衡理论、虚功原理、多相流光滑粒子流体动力学控制方程与欧拉多相流理论结合，通过6种湍流模式、11种气泡聚合破裂模型、多种气泡受力模型、边界层及网格划分模式等探讨与分析，结合实验研究，发展了一套适用于高雷诺数、高含气率、大吃水特点的船舶微气泡分布、聚合、破裂及减阻机理研究的理论与方法。通过相间升力、相间阻力、虚质量力、粘性力、表面张力等对气泡作用，及气泡在边界层内分布及结构特点等影响研究，揭示了气泡运动、分布、聚合、破裂、追赶及减阻机理。分别以不同长度平板和自行设计的多功能船模及散货船模为例，研究了气泡输入形式、气泡直径、进气速度和方向、通气量、气体类型、气泡组合、来流速度、压力变化、波浪等对气泡运动、受力和减阻率等影响及控制方法。研究工作深入揭示了气泡分布、聚合、破裂与减阻机理，揭示了船舶气泡减阻与平板气泡减阻的共性和关键的特殊问题。研究工作对深入研究船舶气泡减阻机理，指导进行船舶气泡减阻深入研究和工程应用具有重要的科学意义。