CN116424476B - 一种船体气泡减阻装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶减阻技术领域，公开了一种船体气泡减阻装置，技术方案为：包括压缩机、气体分流器和气体释放器，气体释放器设置为多个，呈几字形对称分布在船底，压缩机通过进气管路依次与气体分流器和气体释放器相连，气体释放器包括内嵌于船底的腔室主体，腔室主体内分为水流汇入区、气液混合区和气液射流区，所述气液混合区两端分别经进口喉道和出口喉道与水流汇入区和气液射流区相连通；水流汇入区靠近进口喉管的一端顶部开设有与进气管路相连的进气通道，所述气液混合区内经流道隔板分为中央通道、位于中央通道两侧并与中央通道连通的两个反馈通道。本发明具有能耗低，出泡均匀且出泡覆盖范围广的优点，可更好的对船舶进行减阻。

Description

一种船体气泡减阻装置

技术领域

本发明涉及船舶减阻技术领域，特别是一种船体气泡减阻装置。

背景技术

船舶在航行时，水对其产生阻力，为减小阻力对船舶的影响，现船舶多采用压缩机向船底表面注入气体，从而使船底表面形成气泡层，降低船底表面附近的流体密度和粘性，降低船舶前进时的阻力。

然而压缩机在船底产出的气泡的均匀性差，覆盖范围小，压缩机引入气泡过程中需要消耗较大的能量，船舶在不同航速前行的情况下，压缩机产生空气的频率可能会变大，使船舶运行成本有明显的增加，实际的效果不明显。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种船体气泡减阻装置，具有能耗低，出泡均匀且出泡覆盖范围广的优点。

本发明的技术方案为：一种船体气泡减阻装置，包括压缩机、气体分流器和气体释放器，所述气体释放器设置为多个，呈几字形对称分布在船底，所述压缩机安装在船舱内，压缩机通过进气管路依次与气体分流器和气体释放器相连，所述气体释放器包括内嵌于船底的腔室主体，所述腔室主体内沿船体艏艉方向的依次分为水流汇入区、气液混合区和气液射流区，所述水流汇入区一端设有入水口，所述气液射流区一端设有气液出口，所述气液混合区两端分别经进口喉道和出口喉道与水流汇入区和气液射流区相连通；水流汇入区靠近进口喉道的一端顶部开设有进气通道，所述进气通道经进气管路与气体分流器相连，所述气液混合区内经流道隔板分为中央通道、位于中央通道两侧并与中央通道连通的两个反馈通道。腔室主体内形成水流汇入区、气液混合区和气液射流区相互连通的流体通道，该流体通道与进气通道组成文丘里管结构，随着船速增加，流体通道内的流速增加，当向流体通道内引入压缩空气时，压缩空气的速度也会变大，相应进气通道内的压力降低，从而带动压缩机的压力减小，降低压缩机注入空气所需能耗；而空气与水混合成气液流体在由进口喉道进入中央通道内，由于康达效应，气液流体沿反馈通道回流至中央通道内，从而使气液流体中的气泡更均匀，气泡经出口喉道从气液射流区喷出，形成射流振荡现象，形成的气泡覆盖范围增加。

所述压缩机和气体分流器均为多个，压缩机和气体分流器经进气管路对应连接，各气体分流器经进气管路与船底相邻的两个气体释放器相连。多个压缩机分控气体释放器，可根据船舶的自身需求，选择开启对应气体释放器的压缩机或调节对应的气体流量，从而调节气泡减阻装置的能耗，达到节能的目的。

所述水流汇入区沿流体方向成尺寸渐缩的扇形通道，所述气液射流区沿流体方向呈尺寸渐宽的扇形通道，所述中央通道沿流体方向呈尺寸渐宽的喇叭口通道，靠近出口喉道一侧的反馈通道为弧形通道。水流汇入区的渐缩通道，可使流体速度达到最大，压强达到最小，此时进口喉道处形成低压区，将靠近进口喉道的进气通道内的压缩空气引入气液混合区，增强文丘里管的性能，进一步降低压缩机的能耗，中央通道的喇叭口结构，使中央通道内更易形成涡流，从而加强射流振荡现象,气液射流区的渐宽通道加强射流的范围。

所述水流汇入区顶部设有进水挡板，所述进水挡板一端与船底贴合安装，另一端伸至水流汇入区的进气通道外侧，所述水流汇入区底部设有引流切面，所述引流切面与进水挡板表面平行。进水挡板和引流切面的配合，可以更好的使水流引入通道内，从而保证气液的混合效果。

所述进水挡板伸至进气通道外侧一端设有阶梯挡板，阶梯挡板朝向进气通道一侧为内凹面，所述进气通道相对于中央通道内流体方向的夹角为120—140°。倾斜设置的进气通道，可使气体顺利的被水流带入气液混合区内，而阶梯挡板的内凹面进一步对气体进行导流，使流向入水口的气体回流进气液混合区内，从而确保气体充分与水流进入气液混合区内混合。

所述气液射流区顶部设有出水挡板，所述气液射流区一端与船底贴合安装，另一端与出口喉道的顶部相连，所述出水挡板为弧形挡板。弧形的出水挡板可有效的使气体释放器产生的气泡沿船底覆盖，从而形成气泡层，减少气泡的损失。

所述气液混合区的长宽比为1.5：1，所述气液混合区宽度、中央通道的大尺寸端宽度与反馈通道的宽度比值为10：9：3—10：9：2 。

所述气液混合区宽度和出口喉道宽度比值为50：9，所述气液射流区的扇形通道角度为60°，所述出水挡板的圆弧半径与气液混合区宽度的比值为1.25：1。

本发明的有益效果为：

本方案中通过在腔室主体内形成水流汇入区、气液混合区和气液射流区相互连通的流体通道，该流体通道与进气通道组成文丘里管结构，随着船速增加，流体通道内的流速增加，当向流体通道内引入压缩空气时，压缩空气的速度也会变大，相应进气通道内的压力降低，从而带动压缩机的压力减小，降低压缩机注入空气所需能耗；而空气与水混合成气液流体在由进口喉道进入中央通道内，由于康达效应，气液流体沿反馈通道回流至中央通道内，从而使气液流体中的气泡更均匀，气泡经出口喉道从气液射流区喷出，形成射流振荡现象，形成的气泡覆盖范围增加。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中气体释放器的结构示意图；

图3是本发明中气体释放器的内部腔室示意图；

图4是本发明沿图2中A-A方向的剖视图；

图5是本发明气体释放器的内部腔室各尺寸示意图；

图6是本发明气液混合区内流体的流场示意图，其中（a）为气液流体进入气液混合区内在内部涡流和流道隔板的作用下运动轨迹，（b）为气液流体经变大后的下涡流推进的运动轨迹，（c）下一个回流期中气液流体的运动轨迹，（d）为气液流体经变大后的上涡流推进的运动轨迹。

附图标记：1、船底；2、压缩机；3、气体分流器；4、进气管路；5、气体释放器；51、水流汇入区；52、进口喉道；53、气液混合区；531、流道隔板；532、中央通道；533、反馈通道；54、出口喉道；55、气液射流区；6、进水挡板；61、阶梯挡板；7、出水挡板；8、进气通道；9、引流切面。

具体实施方式

为使本技术领域人员更好理解本发明中的技术方案，下面结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，均应属于本发明保护范围。

如图1到图3所示，本发明提供了一种船体气泡减阻装置，包括压缩机2、气体分流器3和气体释放器5，所述气体释放器5设置为多个，呈几字形对称分布在船底1，所述压缩机2安装在船舱内，压缩机2通过进气管路4依次与气体分流器3和气体释放器5相连，所述气体释放器5包括内嵌于船底1的腔室主体，所述腔室主体内沿船体艏艉方向的依次分为水流汇入区51、气液混合区53和气液射流区55，所述水流汇入区51一端设有入水口，所述气液射流区55一端设有气液出口，所述气液混合区53两端分别经进口喉道52和出口喉道54与水流汇入区51和气液射流区55相连通；水流汇入区51靠近进口喉道52的一端顶部开设有进气通道8，所述进气通道8经进气管路4与气体分流器3相连，所述气液混合区53内经流道隔板531分为中央通道532、位于中央通道532两侧并与中央通道532连通的两个反馈通道533；所述水流汇入区51沿流体方向成尺寸渐缩的扇形通道，所述气液射流区55沿流体方向呈尺寸渐宽的扇形通道，所述中央通道532沿流体方向呈尺寸渐宽的喇叭口通道，靠近出口喉道54一侧的反馈通道533为弧形通道。

通过将腔室主体的内部腔室设计成水流汇入区51、气液混合区53和气液射流区55相互连通的流体通道，该流体通道与进气通道8组成文丘里管结构，随着船舶开始航行，流体通道内的流速增加，在渐缩的水流汇入区51内，其水流速度进一步增加，在到达进口喉道52时流速最快，根据伯努利方程可知，该处压强达到最小，进口喉道52附近形成低压区，此时通过进气通道8向进口喉道52内引入压缩空气时，压缩空气的速度也会变大，相应进气通道8内的压力降低，从而带动压缩机2的所需的注入压力减小，降低压缩机2注入空气所需能耗，而随着船速的增加，其节能效果越明显；而空气与水混合成气液流体在由进口喉道52进入气液混合区53内，形成射流振荡现象，沿气液射流区55的气液出***出的气液混合流体，相比单一的喷射气体可与水更好的混合，从而更好的在船底形成气泡层，降低船舶航行的阻力。

气液混合区53内部流体的流场示意图如图6所示，由于中央通道532的喇叭口结构，流体进入中央通道532内形成内部涡流，图6中（a），气液流体在内部涡流和流道隔板531的共同作用下，到达出口喉道54，由于出口喉道54的限流作用，使一部分流体沿下方反馈通道533回流，图6中（b），回流的流体填充下涡流逐渐变大，此涡流会推进气液流体逐渐接近上方反馈通道533，产生康达效应，使一部分流体进入上方反馈通道533，图6中（c），下涡流逐渐衰减并向出口移动，这使得气液流体在入口处向下方偏移，并在中央通道532内产生一个回流期，出现涡流，图6中（d），随上涡流的逐渐发展，其会将气液流体推向下方反馈通道533，产生康达效应，一部分气液流体进入下方反馈通道533，周而复始，在气液射流区55形成振荡射流，增大气泡的覆盖面积，此过程中当气液流体向下发展时，上涡旋向逆流动方向发展，下涡旋向流动方向发展，当气液流体向上发展时，上涡旋向流动方向发展，下涡旋向逆流动方向发展，这可以使得气液流体中气泡更加细密，分布的更加均匀。

所述压缩机2和气体分流器3均为多个，压缩机2和气体分流器3经进气管路4对应连接，各气体分流器3经进气管路4与船底1相邻的两个气体释放器5相连，所述气体分流器为现有技术，其内部结构和工作原理此不赘述；多个压缩机2分控气体释放器5，可根据船舶的自身需求，选择开启对应气体释放器5的压缩机2或调节对应的气体流量，从而调节气泡减阻装置的能耗，达到节能的目的。

如图4所示，所述水流汇入区51顶部设有进水挡板6，所述进水挡板6一端与船底1贴合安装，另一端伸至水流汇入区51的进气通道8外侧，所述水流汇入区51底部设有引流切面9，所述引流切面9与进水挡板6表面平行。进水挡板6和引流切面9的配合，可以更好的使水流引入通道内，从而保证气液的混合效果。

所述进水挡板6伸至进气通道8外侧一端设有阶梯挡板61，所述进气通道8相对于中央通道532内流体方向的夹角α为120—140°，阶梯挡板61和倾斜设置的进气通道8，可保证气体顺利的被水流带入气液混合区53内；优选的，阶梯挡板61朝向进气通道8一侧为内凹面，阶梯挡板61的内凹面进一步对气体进行导流，使流向入水口的气体回流进气液混合区53内，从而确保气体充分与水流进入气液混合区53内混合。

所述气液射流区55顶部设有出水挡板7，所述气液射流区55一端与船底1贴合安装，另一端与出口喉道54的顶部相连，所述出水挡板7为弧形挡板。弧形的出水挡板7可有效的使气体释放器5产生的气泡沿船底1覆盖，从而形成气泡层，减少气泡的损失。

如图5所示，所述气液混合区53的长宽比L/D₁=1.5：1，所述气液混合区53宽度、中央通道532的大尺寸端宽度与反馈通道533的宽度比值D₁/D₂/d₃=10：9：3—10：9：2 。所述气液混合区53宽度和出口喉道54宽度比值D₁/d₂=50：9,进口喉道52的宽度d₁小于出口喉道54的宽度d₂，所述气液射流区55的扇形通道角度β为60°，所述出水挡板7的圆弧半径与气液混合区53宽度的比值R/D1为1.25：1。此时沿出水挡板7喷出的气液流体受到的出水挡板7对阻碍最小，流速最大，其沿出水挡板7向船底1发展更充分。

在船体上安装上述船体气泡减阻装置，可形成范围广，均匀性好的气泡层，从而实现更好的减阻效果，同时使用水流带动气流，使气流加速，达到节能的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种船体气泡减阻装置，其特征在于，包括压缩机、气体分流器和气体释放器，所述气体释放器设置为多个，呈几字形对称分布在船底，所述压缩机安装在船舱内，压缩机通过进气管路依次与气体分流器和气体释放器相连，所述气体释放器包括内嵌于船底的腔室主体，所述腔室主体内沿船体艏艉方向依次分为水流汇入区、气液混合区和气液射流区，所述水流汇入区一端设有入水口，所述气液射流区一端设有气液出口，所述气液混合区两端分别经进口喉道和出口喉道与水流汇入区和气液射流区相连通；水流汇入区靠近进口喉道的一端顶部开设有进气通道，所述进气通道经进气管路与气体分流器相连，所述气液混合区内经流道隔板分为中央通道、位于中央通道两侧并与中央通道连通的两个反馈通道；所述水流汇入区沿流体方向成尺寸渐缩的扇形通道，所述气液射流区沿流体方向呈尺寸渐宽的扇形通道，所述中央通道沿流体方向呈尺寸渐宽的喇叭口通道，靠近出口喉道一侧的反馈通道为弧形通道；所述水流汇入区顶部设有进水挡板，所述进水挡板一端与船底贴合安装，另一端伸至水流汇入区的进气通道外侧，所述进水挡板伸至进气通道外侧一端设有阶梯挡板，阶梯挡板朝向进气通道一侧为内凹面；所述水流汇入区底部设有引流切面，所述引流切面与进水挡板表面平行；所述气液射流区顶部设有出水挡板，所述气液射流区一端与船底贴合安装，另一端与出口喉道的顶部相连，所述出水挡板为弧形挡板；所述气液混合区的长宽比是1.5：1，所述气液混合区宽度、中央通道的大尺寸端宽度与反馈通道的宽度比值为10：9：3—10：9：2；所述气液混合区宽度和出口喉道宽度比值为50：9，所述气液射流区的扇形通道角度为60°，所述出水挡板的圆弧半径与气液混合区宽度的比值为1.25：1。

2.根据权利要求1所述的一种船体气泡减阻装置，其特征在于，所述压缩机和气体分流器均为多个，压缩机和气体分流器经进气管路对应连接，各气体分流器经进气管路与船底相邻的两个气体释放器相连。

3.根据权利要求1所述的一种船体气泡减阻装置，其特征在于，所述进气通道相对于中央通道内流体方向的夹角为120—140°。