[发明专利]一种船舶水射流约束气泡减阻结构

说明书

本发明公开了一种船舶水射流约束气泡减阻结构，包括设置在船底前缘的通气槽，还包括：水射流后置喷射单元，包括两组喷头和高压供水管路，所述喷头朝向船尾，两组喷头分别布置在船底两侧且沿着船身的长度方向分布，用于在船底两侧形成高速水射流以阻止所述通气槽向船底排出的气泡的上浮和逃逸；本发明采用水射流约束气泡减阻技术能够有效约束船体气泡运动，极大地减少船底气泡沿船体两侧的逃逸，优化船底气泡覆盖率，以获得更好的减阻效果，尤其是对于船体较长的大尺度船舶，极大地提高了船舶长度方向的持续减阻效果，有效降低其航行阻力。

技术领域

本发明涉及船舶气泡减阻技术领域，特别涉及一种船舶水射流约束气泡减阻结构。

背景技术

船舶气泡减阻能够减小船舶航行阻力，提高航行速度，降低燃料消耗。在众多减阻技术中，气泡减阻由于结构简单、易于操作以及经济性好等优势，在船舶提速和节能领域一直备受关注。通过改造传统船舶，增加适当的气泡减阻结构，有望显著提高船舶航行速度、降低船舶能耗和温室气体排放。

气泡减阻的工作原理主要是通过向船底连续喷射压缩空气或工作废气，在船底表面形成气-水两相流，船底大量气泡的存在会引起船底介质属性和流动结构的改变。由于与船底接触的介质密度、粘度及壁面边界层流动结构的改变使得船体摩擦阻力显著降低。从众多的平板气泡减阻试验结果来看，气泡减阻的减阻效果明显，最大减阻率可达80％以上，被视为一种高效的减阻方式。

然而，气泡减阻技术虽然在机理上可行，在平板试验上也有明显的减阻效果，但目前气泡减阻实船试验的减阻效果仍不理想。由于实船船底型线复杂、气泡上浮和逃逸严重等问题，目前较好的实船气泡减阻净节省功率仅在几个百分点。部分试验中，由于气泡进入螺旋桨工作区，恶化螺旋桨推进效率，反而造成船舶航行的总能耗增加。因此，发明一种可以减少船底气泡逃逸和上浮，避免大量气泡进入螺旋桨工作区的气泡减阻结构，能够为气泡减阻船舶的提速和节能提供技术保障，对进一步推广基于气泡减阻技术的高速船舶具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种船舶水射流约束气泡减阻结构，能够减少减阻船舶船底气泡上浮和逃逸，为气泡减阻船舶的提速和节能提供技术保障。

一种船舶水射流约束气泡减阻结构，包括设置在船底前缘的通气槽，还包括：

水射流后置喷射单元，包括两组喷头和高压供水管路，所述喷头朝向船尾，两组喷头分别布置在船底两侧且沿着船身的长度方向分布，用于在船底两侧形成高速水射流以阻止所述通气槽向船底排出的气泡的上浮和逃逸。

本发明的工作原理：压缩空气或船舶工作废气通过通气槽连续喷射进入船底，沿船舶航行的反方向运动。同时由于浮力和湍流扩散等作用力，气泡向船底两侧展向扩散。由于水射流后置喷射单元在船底两侧产生的高速水射流，在船底左右边缘形成强烈的局部剪切流场，水射流剪切场中存在极大的速度梯度，阻止了气泡的展向运动以及进一步脱离船底引起的气泡上浮和逃逸，相应减少了气体损失和增加了船底气泡覆盖率。在水射流剪切流场的作用下气泡继续紧贴船底沿下游运动，从而保证大尺度船体长度方向上持续减阻的效果，又能减少气泡减阻所需的压缩气量。

优选的，还包括：

水射流斜喷头，布置在船底位于螺旋桨前部，在螺旋桨两侧形成同一位置喷射出的两道斜喷水射流以阻止所述通气槽向船底排出的气泡进入螺旋桨工作区。

位于螺旋桨工作区前部的水射流斜喷头形成的剪切流场充当了船底流场的导流结构。在水射流引起的剪切流场的约束下，气泡以水射流剪切场外缘为界向船尾两侧运动，绕开螺旋桨离开船体，避免了大量气泡直接进入螺旋桨工作区域而恶化螺旋桨性能。从而在获得船体高效减阻的前提下，又保证了螺旋桨的效率。

为了提高气泡减阻效果，优选的，所述通气槽内嵌多孔介质板。内嵌多孔介质板与气体管路相连，作为连续气泡发生器。

优选的，所述喷头采用渐缩喷口。喷头布置的数量根据船体长度和设计航速确实。