前缘引流和微气泡综合减阻的实验研究

本项目以舰船为对象，应用前缘引流和微气泡技术，以实验为主、数值模拟为辅的综合研究方法，探讨降低舰船粘性阻力的减阻机制和有效减阻方法。.拟在水槽和拖曳水池中进行流动显示、流场及流体动力测量，研究以下内容：（1）前缘引流和微气泡几何、流动参数的控制及其对减阻效果的影响；（2）前缘引流并伴有微气泡联合作用下，辅助以数值模拟手段，显示、测量、综合分析其流场特性和动力学演化规律，探索有效减阻的流动机制；（3）确定有效减阻关键参数，为舰船减阻优化设计提供依据。.本项目研究在流动减阻领域具有学术意义，对现代交通工具和国防建设等重要工程有应用价值。

本项目以带球鼻艏和无球艏的中低速船舶为研究对象，应用前缘引流和微气泡技术，研究了前缘引流和微气泡的几何、流动参数的控制及其对减阻效果的影响，取得了有效减阻成果，在期刊和国际会议上发表论文6篇，其中2篇EI收录；获得一项国家实用新型专利；具体成果包括：.一、针对前缘引流问题，在较宽的几何和流动参数范围内，数值模拟获得有效减阻前提下所确定的船首开孔位置、断阶出流和尾部出流、流道形状以及相应的几何参数的基础上，模型实验结果证实:①有球艏船舶前缘引流可达到有效减少粘性阻力5%以上；②无球艏船舶前缘引流无明显减阻效果，但可以改善船尾伴流分布，预计对提高螺旋桨的推进效率有助，以上研究结果为减阻应用提供依据。.二、关于前缘引流减阻机制的研究中，通过数值计算与流场测量，细致分析了船舶周围流场以及船体表面压力分布、粘性切应力分布，得出船舶首尾部压力分布以及尾流场的改变是船舶前缘引流实现有效减阻的减阻机制。.三、采用高频压电陶瓷换能器，将其粘贴在船底表面，利用AD信号源来产生正弦信号，经功率放大产生所需功率的信号来驱动换能器，使得换能器发生谐振从而发生空化，即生成微气泡。通过改变信号的驱动幅值和频率可改变气泡浓度和气泡直径。经对比性模型实验结果显示：有球艏船舶总阻力系数的最大减少为15%；当来流雷诺数为Re=1.1E06 ，有球艏船舶前缘引流和微气泡综合减阻可达10%以上。以上研究为发展有球艏船舶前缘引流和微气泡综合减阻提供依据和方法。