CN108341019A - 一种用于船舶的气泡减阻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于船舶的气泡减阻装置，包括安装于船体正前方的进气管，所述的进气管连接有气泡发生装置，所述气泡发生装置具有向进气管出气端方向拱起的水翼，随船体前行时位于水翼上端面与进气管出气端之间的区域形成负压区，进气管向所述负压区通入的气流受船体的剪切作用而在船体底部形成泡状流。本发明由于其本身结构的特殊性，不需要动力源，充分利用了水翼的结构特性以及船体前端产生的驻点，实现了在无能耗的情况下产生气泡，同时多种类型的水翼，能够使不同航速的船舶在航行过程中，均能够在船体底部产生稳定的微气泡，实现减阻功效。

Description

一种用于船舶的气泡减阻装置
技术领域
本发明涉及船舶减阻技术领域，尤其是一种用于船舶的气泡减阻装置。
背景技术
在目前国内提倡节能减排的大环境下，不同的节能技术应运而生，其中气泡减阻便是研究的一个热点，而气泡减阻的一个主要应用方向便是船舶减阻。近年来，国内外对于气泡减阻的减阻机理已经做了一定程度的研究，能够很好的应用于船舶减阻以减小能源的消耗。目前的减阻方法主要有气腔减阻、气膜减阻和气泡减阻，但是相比于其他两种减阻方法，气泡减阻装置应用简便，在减少摩擦阻力的前提下，不用对船舶结构进行修改，对于已经制作完成的船舶，能够做到直接安装减阻装置，具有安装方便、应用广泛等优点。
目前的研究发现，气泡减阻的减阻率大概在10％-40％左右(Murai Y C..Experiment Fluids,2014,55:1773)，而且不同尺度的气泡减阻效率也有区别，其中微气泡减阻具有减阻效率高，减阻效率稳定等优点(Murai Y C.Experiment Fluids,2014,55:1773)。但是传统的气泡减阻装置必须通过类似压缩机等装置向水中压入气泡，虽然通过这种方法产生的气泡直径较为稳定，但是在此过程中需要消耗额外的能量，这不利于减阻效率的提高，所以开发一种无需动力源且能够稳定产生微气泡的气泡减阻装置具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种用于船舶的气泡减阻装置，无需动力源即可在船舶行驶过程中自行产生气泡，从而节省气泡产生过程中的能耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于船舶的气泡减阻装置，包括安装于船体正前方的进气管，所述的进气管连接有气泡发生装置，所述气泡发生装置具有向进气管出气端方向拱起的水翼，随船体前行时位于水翼上端面与进气管出气端之间的区域形成负压区，进气管向所述负压区通入的气流受船体的剪切作用而在船体底部形成泡状流。
由于水翼在船体行驶过程中浸没在水中，随着船体的前行，在水翼的上端面能够形成一个负压区，所述负压区最大负压计算公式如下:其中Cp为水翼负压系数，ρ为液体密度，U为船的航速，同时上方进气管入口气压最高(此处为船的驻点)，在负压区和驻点的共同作用下，会导致大气内的空气被压入水中，随之在船体下方产生气泡，而且只要船体运行，这个负压区和驻点是一直存在的，所以在船体运行过程中会有气体不断从大气内压入水中，产生连续的泡状流，从而达到减阻的作用。
具体说，所述的气泡发生装置包括安装法兰，安装法兰两侧分别固定有连接板，所述的水翼位于所述连接板之间且两端分别与连接板固连，进气管端部的气管法兰与安装法兰固连。
在实际航行过程中，不同的船舶的平均航行速度也不一致，如果所有船体均使用同一种类型的水翼，当航速过高时，会导致水翼上方负压区的最大负压过大，从而造成大气中空气压入过多，使得泡状流中气泡直径过大而降低了减阻效果，因此为满足不同航速的船舶均能在行驶过程中产生稳定的微气泡，所述的水翼的截面形状为：对应于较低航速的翼形或对应于中等航速的椭圆形或对应于较高航速的三角形。上述三种形状的水翼分别安装于不同航速的船舶上，从而使气泡发生装置在不同的船舶航行过程中，均能够产生稳定的微气泡，从而减小能源的消耗。
为满足形成泡状流所需气流的供应，所述的船体前方左右两端分别安装有进气管，所述的进气管通过安装板与船体固连。
进一步地，所述的船体底部设有三通接口，三通接口的左右两端连接进气管的出气端，三通接口的下端向所述负压区通入气流。
本发明的有益效果是：本发明由于其本身结构的特殊性，不需要动力源，充分利用了水翼的结构特性以及船体前端产生的驻点，实现了在无能耗的情况下产生气泡，同时多种类型的水翼，能够使不同航速的船舶在航行过程中，均能够在船体底部产生稳定的微气泡，实现减阻功效。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明安装于船体的结构示意图。
图2本发明所述气泡发生装置的原理示意图。
图3本发明所述气泡发生装置的主视图。
图4本发明所述进气管与船体连接结构示意图。
图5本发明所述翼形水翼式气泡发生装置示意图。
图6本发明所述椭圆形水翼式气泡发生装置示意图。
图7本发明所述三角形水翼式气泡发生装置示意图。
图中：1.船体 2.进气管 3.气流 4.气液界面 5.水流 6.气泡发生装置 7.气泡8.负压区 9.水翼 10.安装法兰 11.连接板 12.气管法兰 13. 安装孔 14.安装板
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～图7所示，一种用于船舶的气泡减阻装置，包括分别安装在船体1 前方左右两端的进气管2，所述进气管2的进气端设有安装板14，安装板14上设有安装孔13，船体1上预设有螺纹孔，采用螺栓实现进气管2与船体1的连接，所述进气管2的出气端设有气泡发生装置6，所述的船体1底部设有三通接口，三通接口的左右两端连接进气管2的出气端，三通接口的下端向气泡发生装置6通入气流3。
所述进气管2进气端安装在船体1的正前方位于气液界面4的上方，在船体1行驶过程中，进气管2进气端是船体1的一个驻点，此处的气流相对速度为零，所以气压最高，进气管2出气端的气压小于驻点压力，所以导致气流3 从进气管2进气端向进气管2尾部的出气端流动。
所述的气泡发生装置6包括安装法兰10，安装法兰10两侧分别固定有连接板11，位于所述连接板11之间设有水翼9，水翼9两端分别与连接板11固连，进气管2尾端部的气管法兰12与安装法兰10上预设有安装孔，采用螺栓实现气管法兰12和安装法兰10的连接。
所述的水翼9上端面向进气管2出气端方向拱起，随船体1前行时位于水翼9上端面与进气管2出气端之间的区域形成一个负压区8，进气管2通过三通接口的下端向所述负压区8通入气流3时，气流3受船体1的剪切作用而在船体1底部形成泡状流。
在实际航行过程中，由于不同船舶的平均航行速度也不一致，如果所有船体1均使用同一种类型的水翼9，当航速过高时，会导致水翼9上方负压区8的最大负压过大，从而造成大气中空气压入过多，使得泡状流中的气泡7直径过大而降低了减阻效果，因此为满足不同航速的船舶均能在行驶过程中产生稳定的微气泡，所述的水翼9的截面形状为：对应于较低航速的翼形、对应于中等航速的椭圆形以及对应于较高航速的三角形。上述三种形状的水翼9分别安装于不同航速的船舶上，从而使气泡发生装置6在不同的船舶航行过程中，均能够产生稳定细微的气泡7，从而减小能源的消耗。
图2为泡状流形成的原理示意图，在船舶行驶过程中水流5流经水翼9，由于水翼9特殊的结构，水流5在流经水翼9上方时，速度加快，速度的增大导致在水翼9的上方会产生一个负压区8，负压区8的压力小于气液界面4上方的气压，导致气液界面4向下移动，同时由于船体1的剪切作用，在水翼9后方形成气泡7，最终在船体1下方形成连续的泡状流。
本发明由于其本身结构的特殊性，不需要动力源，充分利用了水翼9的结构特性以及船体1前端产生的驻点，实现了在无能耗的情况下产生气泡7，同时多种类型的水翼9，能够使不同航速的船舶在航行过程中，均能够在船体1底部产生稳定的气泡7，实现减阻功效。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种用于船舶的气泡减阻装置，包括安装于船体正前方的进气管，其特征是：所述的进气管连接有气泡发生装置，所述气泡发生装置具有向进气管出气端方向拱起的水翼，随船体前行时位于水翼上端面与进气管出气端之间的区域形成负压区，进气管向所述负压区通入的气流受船体的剪切作用而在船体底部形成泡状流。
2.如权利要求1所述的用于船舶的气泡减阻装置，其特征是：所述的气泡发生装置包括安装法兰，安装法兰两侧分别固定有连接板，所述的水翼位于所述连接板之间且两端分别与连接板固连，进气管端部的气管法兰与安装法兰固连。
3.如权利要求2所述的用于船舶的气泡减阻装置，其特征是：所述的水翼的截面形状为：对应于较低航速的翼形或对应于中等航速的椭圆形或对应于较高航速的三角形。
4.如权利要求1所述的用于船舶的气泡减阻装置，其特征是：所述的船体前方左右两端分别安装有进气管，所述的进气管通过安装板与船体固连。
5.如权利要求4所述的用于船舶的气泡减阻装置，其特征是：所述的船体底部设有三通接口，三通接口的左右两端连接进气管的出气端，三通接口的下端向所述负压区通入气流。
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