论文部分内容阅读
带围井的船舶在航行过程中，围井内的流体运动十分剧烈。围井内流体的“活塞”运动、晃荡运动、剪切层振荡以及复杂的水气掺混现象严重恶化了船舶围井内流体的环境。这种复杂的流体运动直接威胁工作在围井内的设备，甚至破坏设备。因此研究船舶航行中围井内流体的运动特性、剪切层振荡以及水气特性对围井内设备维护具有重大意义，对与围井有关的设备设计具有借鉴意义。
通过调研船舶围井内流体运动特性方面的研究现状，发现目前关于带干扰体的围井内流体运动特性，水气掺混特性，干扰体对剪切层振荡特性的影响规律，减缓流体运动措施对流体运动特性的影响规律，特别是围井内气泡群运动特征等方面的研究还存在着很大的困难与挑战。针对以上问题，本文首先基于计算流体力学软件FLUENT建立了船舶围井内流体运动的数值模型，研究含有声纳模型的围井内流体的压力分布、水气分布特点。随后在数值研究的基础上设计了船模拖曳试验，讨论了试验的设计原理、设计方案、试验流程，并通过试验研究围井内剪切层振荡的特性。基于经验模态分解法提取围井底部剪切层振荡频率，研究围井内声纳模型对剪切层振荡的影响特性。通过高速摄像视频研究含有干扰体围井内自由液面运动特性，最后定性分析船模航行速度对围井内水气掺混现象的影响。在上述试验研究基础上，提出两种减缓围井内流体运动特性的方案:导流附体和格栅。通过开展试验研究，对三种方案的围井内流体特性进行分析，并验证三种方案在减缓围井内流体运动的有效性。
针对围井内以及围井下腔气泡群运动问题，本文设计了水洞模型试验，并给出了围井内以及围井下腔气泡群的处理方法。一方面研究了含干扰物体的围井内气泡群以及自由液面运动特性。基于TEMA软件，追踪围井内单个气泡运动，得到围井内气泡的运动模式。然后，采用多项式粒子追踪方法追踪围井内气泡，得到全区域内气泡运动的轨迹、速度和加速度，并对不同气泡半径下围井内气泡群分布特性、气泡量波动规律和气核分布进行了研究。最后，总结了围井内自由液面运动与气泡量变化之间的关系。另一方面研究了围井下腔气泡群泄出现象。在分析围井下腔气泡群轨迹、速度、加速度以及气核分布的基础上，采用PIV方法对围井下腔的气泡群流动特性以及气泡群分布特性进行了研究。最后，本文给出了速度、围井下腔形态以及比例尺对围井内以及围井底部气泡量变化的影响规律。
通过调研船舶围井内流体运动特性方面的研究现状，发现目前关于带干扰体的围井内流体运动特性，水气掺混特性，干扰体对剪切层振荡特性的影响规律，减缓流体运动措施对流体运动特性的影响规律，特别是围井内气泡群运动特征等方面的研究还存在着很大的困难与挑战。针对以上问题，本文首先基于计算流体力学软件FLUENT建立了船舶围井内流体运动的数值模型，研究含有声纳模型的围井内流体的压力分布、水气分布特点。随后在数值研究的基础上设计了船模拖曳试验，讨论了试验的设计原理、设计方案、试验流程，并通过试验研究围井内剪切层振荡的特性。基于经验模态分解法提取围井底部剪切层振荡频率，研究围井内声纳模型对剪切层振荡的影响特性。通过高速摄像视频研究含有干扰体围井内自由液面运动特性，最后定性分析船模航行速度对围井内水气掺混现象的影响。在上述试验研究基础上，提出两种减缓围井内流体运动特性的方案:导流附体和格栅。通过开展试验研究，对三种方案的围井内流体特性进行分析，并验证三种方案在减缓围井内流体运动的有效性。
针对围井内以及围井下腔气泡群运动问题，本文设计了水洞模型试验，并给出了围井内以及围井下腔气泡群的处理方法。一方面研究了含干扰物体的围井内气泡群以及自由液面运动特性。基于TEMA软件，追踪围井内单个气泡运动，得到围井内气泡的运动模式。然后，采用多项式粒子追踪方法追踪围井内气泡，得到全区域内气泡运动的轨迹、速度和加速度，并对不同气泡半径下围井内气泡群分布特性、气泡量波动规律和气核分布进行了研究。最后，总结了围井内自由液面运动与气泡量变化之间的关系。另一方面研究了围井下腔气泡群泄出现象。在分析围井下腔气泡群轨迹、速度、加速度以及气核分布的基础上，采用PIV方法对围井下腔的气泡群流动特性以及气泡群分布特性进行了研究。最后，本文给出了速度、围井下腔形态以及比例尺对围井内以及围井底部气泡量变化的影响规律。