基于真实海洋环境的舰船近程气泡尾流数值模拟

发布时间：2021-07-28 08:35

　　基于欧拉双流体模型和相群平衡模型建立了真实海洋环境下的舰船近程气泡尾流数值模拟方法,对舰船驶过时海洋背景场中生成更大气泡的可能性进行研究,以了解舰船近程尾流中气泡的空间分布特征,为声学和光学探测舰船尾流提供依据。研究表明:舰船航行会显著增加舰船周围自由面的气泡空隙率,使海洋背景场中自由面上的空隙率增加到2倍以上。大气泡主要集中在舰船的表面,体积分率可达85%;自由面上小气泡的数密度最高。原海洋背景场中不存在的大气泡将主要在壁面生成,自由面上也有少部分生成。 

【文章来源】：中国造船. 2020,61(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

计算域

表2和图2给出了真实海洋环境建模后的各尺寸分组气泡的体积分率。可以看到，整个水体的气泡体积分率与流场外边界上相差不大，气泡体积分率的变化主要发生在自由面和壁面等特征面上。如大气泡主要集中在舰船表面，体积分率可达85%；自由面上各分组的体积分率则相差不大，中等尺寸气泡D1(320μm）的体积分率几乎保持外边界上的值没有变化，而尺寸更小一点的气泡（D2～D4）发生聚并使体积分率f2～f4减小，形成尺寸较大的气泡D0(640μm）从而使体积分率f0增大。除中等尺寸气泡D1的体积分率稍低外，大气泡D0和小气泡（D2～D4）的体积分率都在20%左右，故小气泡的数密度最高。这与文献[11]的数值模拟的结论：“舰船尾流中半径为10～30μm的气泡存活时间最长”相符合。图3给出了D0和D1两个分组在自由面和壁面上的体积分率云图。可以看到，自由面上的大气泡D0主要分布在船体周围的凯尔文波系内，而中等（D1）及以下的气泡则在凯尔文波系以外；壁面上的大气泡主要分布于艏部稍后的平行中体至艉部轴包套上方的大部分船体表面，而中等气泡主要分布在球鼻艏和艉部轴包套区域，中等以下的气泡则主要位于船艏。图4给出了自由面和壁面总的空隙率分布。在自由面上艉部舷侧存在显著的气泡带，壁面上则是在船底的平行中体入流段沿舭龙骨处聚集了大量的气泡。

图3给出了D0和D1两个分组在自由面和壁面上的体积分率云图。可以看到，自由面上的大气泡D0主要分布在船体周围的凯尔文波系内，而中等（D1）及以下的气泡则在凯尔文波系以外；壁面上的大气泡主要分布于艏部稍后的平行中体至艉部轴包套上方的大部分船体表面，而中等气泡主要分布在球鼻艏和艉部轴包套区域，中等以下的气泡则主要位于船艏。图4给出了自由面和壁面总的空隙率分布。在自由面上艉部舷侧存在显著的气泡带，壁面上则是在船底的平行中体入流段沿舭龙骨处聚集了大量的气泡。图4 空隙率云图（N=5)

【参考文献】：
期刊论文
[1]CFD-PBM耦合模型模拟气液鼓泡床的通用性研究[J]. 张华海,王铁峰.  化工学报. 2019(02)
[2]基于相群平衡模型的舰船气泡尾流数值模拟[J]. 傅慧萍.  上海交通大学学报. 2013(04)
[3]舰船远场尾流气泡分布特性的数值模拟[J]. 顾建农,张志宏,张晓晖.  光子学报. 2007(08)

硕士论文
[1]科考船船首和多波束导流罩线型CFD分析方法与试验验证[D]. 张亚.上海交通大学 2015



本文编号：3307586