[发明专利]一种船舶气泡减阻系统

说明书

本发明涉及船舶航行减阻技术领域，尤其是一种船舶气泡减阻系统，其由高压气体发生装置、输气管线和气泡发生装置构成。M个气泡发生装置均布、且固定于船底板。输气管线由M条同时连通高压气体发生装置和气泡发生装置的一级输气管构成。气泡发生装置包括本体、过渡连通管路单元、直接连通管路单元以及N个曝气组件。在本体的内部开设有N条一级水体流道和一条二级水体流道。各曝气组件由高压气体发生装置输送高压气体，且供入一级水体流道。就单个气泡发生装置而言，在船舶航行状态下，水体快速地贯通一级水体流道，高压气体依序经由一级输气管、过渡连通管路单元、直接连通管路单元、曝气组件而持续地向着各一级水体流道中进行释放，以生成气水混合体。

技术领域

本发明涉及船舶航行减阻技术领域，尤其是一种船舶气泡减阻系统。

背景技术

在众多船舶减阻技术中，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。船舶气泡减阻技术能够有效地减小船舶航行阻力，提高航行速度，降低燃料消耗。气泡减阻技术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。

在现有技术中，高压气管伸入至水中，且在其自由端开设有大量的微气孔。在船舶航行进程中，向着高压气管中通入高压气体，且借微气孔以向着水中直接注入高压空气以生成的大量气泡，最终富含大量气泡的气水混合体被输送至船底。然而，在实际应用中，发现上述传统方式存在有如下问题：根据公知常识，气泡润滑减阻系统的效果与气泡大小和气泡在水中分布密度有很大关系。气泡大小受限于微气孔的尺寸，生成小尺度气泡往往需要大量的微气孔，而大量微气孔排气将造成排气过程能耗高从而排气效率低，单位时间和航行总时间内生成的小气泡数量能够达到的降阻效果较弱；再者，压降梯度极大，从而极易导致气水混合体的喷射压力不足，进而导致气泡难以在船底实现均匀性分布，最终会削弱实际降阻效果，因而，为本课题组提供了研究方向。

发明内容

故，本发明课题组鉴于上述现有的问题以及缺陷，搜集相关资料，经由多方的评估及考量，并经过课题组人员不断实验以及修改，最终导致该船舶气泡减阻系统的出现。

为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种船舶气泡减阻系统，其由高压气体发生装置、输气管线和气泡发生装置构成。高压空气发生装置内置于船舱中，且空气辅以其作用下在压缩能作用下生成高压气体。气泡发生装置的数量设为M个，均布、且固定于船底板上。输气管线由M条同时连通高压气体发生装置和气泡发生装置的、且贯穿船底板的一级输气管构成。气泡发生装置包括有本体、过渡连通管路单元、直接连通管路单元以及N个曝气组件。在直接连接管路单元、过渡连通管路单元、一级输气管的协同作用下，述曝气组件均同时接收高压空气发生装置所产生的高压气体。在本体的内部开设有N条一级水体流道和一条二级水体流道。沿着本体的高度方向，一级水体流道依序间隔状排布。各曝气组件与一级水体流道相配套，以分别一一对应地、独立地向其充入高压气体。船舶航行状态下，高压气体发生装置启动以生成高压气体，且经由一级输气管输送至各气泡发生装置。就单个气泡发生装置而言，高压气体依序经由一级输气管、过渡连通管路单元、直接连通管路单元、曝气组件而持续地向着各一级水体流道中进行释放。因船舶已具有初始航速，水体快速地贯通一级水体流道，高压气体和水体相混合以生成富含大量气泡的气水混合体。

作为本发明所公开技术方案的进一步改进，一级水体流道的入口端呈现“喇叭口”；在水体进入到一级水体流道的最初时间段内，水体的流速因受到通道口径渐小因素影响而提升。

作为本发明所公开技术方案的进一步改进，气泡发生装置还包括有扰流单元。扰流单元由N件一一对应地平置于一级水体流道中的、且用来切割水流的扰流板构成。