一种船舶的垂流喷气减阻方法技术

本发明专利技术提供一种适用于气体减阻船舶的底部稳定气层生成及保持的垂流喷气减阻方法，包括以下步骤：步骤一，在船舶底部构建气穴，用于在所述气穴内部附着气体，形成气层；步骤二，在船舶底部设置多道带有若干喷气孔的气体通道，用于为所述气穴输送垂直喷射气体；步骤三，将气体输运至各个气体通道；步骤四，气体通过所述喷气孔垂直于水流方向往水中喷射，在气穴内形成稳定气层；通过船舶底部按规律排列的喷气孔，垂直于水流向下喷气，使得气体在航行状态下更容易保持在船舶底部，形成气层并稳定保持。

A ship's vertical jet drag reduction method

The invention provides a vertical jet drag reduction method for the formation and maintenance of the bottom stable gas reservoir for a gas drag reduction ship. The following steps are included: Step 1, building gas holes at the bottom of the ship to attach gas to the inside of the cavitation and forming a gas reservoir; step two, a number of jet holes are set at the bottom of the ship with several jet holes. A gas channel for conveying a vertical jet of gas for the described cavitation transport; step three, the gas is transported to various gas channels; step four, the gas is ejected vertically from the flow direction to the water through the jet hole, and forms a stable gas reservoir in the cavitation; the jet holes arranged regularly at the bottom of the ship are perpendicular to the flow. The gas makes it easier for the gas to remain at the bottom of the ship under the navigational condition, forming the gas layer and keeping it stable.

【技术实现步骤摘要】
一种船舶的垂流喷气减阻方法
本专利技术涉及船舶节能降耗技术，特别是一种适用于船舶底部稳定气层生成及保持的垂流喷气减阻方法。
技术介绍
随着世界能源危机的逐渐显现，国际油价自进入21世纪以来一直处于震荡上涨状态，这使得航运成本居高不下，因此降低运营成本成为船舶行业共同的课题。与此同时，由于温室气体排放所导致的各种环境问题日益严峻，受到国际社会的广泛关注。更为重要的是，随着IMO对船舶能效指标要求的逐步提高，为达到“2025年及以后建成的船舶能效在现有基础上提高30％”这一目标，仅靠现有的船型优化、主机优化及常规水动力节能装置等手段很难实现。新型船舶节能减排技术的研发因此成为船舶研究领域的重大课题，同时也受到广大船东的青睐。目前，市场上的新型节能减排措施有很多种，如风帆、太阳能等，但均未取得较好的节能效果，并且受使用环境的制约，严重限制了这些技术的实船使用。船体表面气体润滑减阻技术，通过气体减阻装置，向船底喷入适量气体，在船舶底部形成并保持薄气层，使船底与水有效分离，减小船底湿表面积，显著降低船舶阻力的一项新型节能技术。由于低速船舶底部气层难以生成及稳定保持，是该项技术难以在实船上获得应用。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种可在船舶底部生成并保持稳定气层的垂流喷气减阻方法，包括以下步骤：步骤一，在船舶底部构建气穴，用于在所述气穴内部附着气体，形成气层；步骤二，在船舶底部设置多道带有若干喷气孔(4)的气体通道(2)，用于为所述气穴输送垂直喷射气体；步骤三，将气体输运至各个气体通道(2)；所述气体的气量为Q＝F(KQ,KAL,Re,B,L)，其中：KQ为气量参数；KAL为输气管路漏气附加系数；B为船底气穴宽度；L为船底气穴长度；Re为船舶航行雷诺数；所述气体的气压为其中：kpl为输气管路压力损失附加系数；km为裕度系数；ρ为水体密度；g为重力常数；H为通气扬程；所述气体的气流速度为F(u)m/s，u为船舶航速；步骤四，气体通过所述喷气孔(4)垂直于水流方向往水中喷射，在气穴内形成稳定气层。所述气穴占所述船舶底部平底部分的比例为30％-95％。所述气穴高度为5-300mm。所述气穴为直接将船底板内凹而形成。所述气穴为在船底板四周焊接裙板构建而成。所述气体通道(2)在船长方向设置多道，道与道之间隔范围为5-150m。所述喷气孔数量为其中：Q为气源输出的气流量；r为气流量管路损失系数；V为喷头处气体流速；S为单个喷头的喷孔面积。所述气流量管路损失系数r取值0.05-0.3。所述KQ为1.05-5.0；所述KAL为1.05-1.5。所述kpl为1.05-1.5；所述km为1.10-2.00；g为9.8N/Kg。本专利技术具有以下优势：本专利技术主要提供垂流喷气减阻方法，通过船舶底部按规律排列的喷气孔，垂直于水流向下喷气，使得气体在低速状态下更容易保持在船舶底部，形成气层并稳定保持。它适用于所有船舶，特别是低速船舶在气体润滑减阻技术的喷气方式。附图说明图1为本专利技术的方法步骤示意图，图2为本专利技术的三维平板模型及底部气穴示意图，图3为本专利技术的三维平板模型的垂流喷气孔布置示意图，图4为本专利技术的三维平板模型气穴内部形成的稳定气层示意图，图5为本专利技术在气体润滑减阻试验船(百吨级)的船舶底部垂流喷气孔布置示意图，图6为本专利技术在万吨级敞口集装箱船的船舶底部垂流喷气孔布置示意图，图7为本专利技术在万吨级敞口集装箱改造船上的测量及控制系统示意图，图8为本专利技术在万吨级敞口集装箱改造船上的气穴结构示意图；其中，①通气管法兰②气体通道③船底板④喷气孔⑤通气管⑥气穴隔板⑦流量计⑧压力表⑨电动阀⑩截止止回阀旁内龙骨纵骨纵骨补板具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明，该实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。参见图1-3、5-6，本专利技术的一种船舶底部稳定气层生成及保持的垂流喷气减阻方法，包括以下步骤：第一步，在模型或船的底部平底部分的外侧形成气穴。气穴是在船舶平底部分设置的低压区域，使气体在气穴内部附着，形成气层并稳定保持。气穴设置区域为船舶底部的平底部分，具体外形依据船舶底部的流场特点而定，为尽可能大的提高减阻效果，气穴的构型以及占船舶底部平底部分的比例根据船舶底部流场特点而定，气穴占船舶底部平底部分的比例应尽可能大，一般为30％～95％，高度为5～300mm，据船舶大小以及航行参数而定。气穴尾部设有收缩段，起到保持气体使其不从气穴尾部泄出的作用，角度为0～20度，参见图2。构建气穴分两种方式：一种内凹，一种外凸。内凹的模式适用于新造船，如果是新船，所述气穴为直接在船底板上构建，通过直接将船底钢板内凹构建凹穴；外凸的模式适用于旧船改造，在旧船改造时，船底气穴是直接在船底四周焊接裙板构建凹穴，通过在船底钢板上四周焊接裙板构建凹穴，它相对于船底板而言，是外凸的。船底气穴占船舶底部平底部分的比例为30％-95％，气穴高度为5-300mm。为了让船底气穴中的气层保持稳定，可以通过沿船长方向设置隔板6的方法，将气穴分割成若干小气穴单元，所述隔板高度和气穴高度保持一致，隔板间距l＝F(h,θ)，其中：h为气穴高度；θ为船舶最大横摇角。第二步，在船舶底部均匀设置多道狭长型的气体通道2，用于为所述气穴输送垂直喷射气体.气体通道，为设置在船舱底部的狭长空腔，可以为不锈钢构件焊接于船底板内侧或外侧形成的狭长气体通道。在气穴内，沿船长方向布置数道气体通道2，布置的道数以及道与道的间距，依据船底流场、船宽及船长而定。一般可为0.02L～0.95L，L为船长。气体通道的外形无特殊要求，尽量简单。为了实现为气穴输送垂直喷射气体的目的，要让气体经由通气管路进入气体通道，再喷入气穴，因此，要在气体通道2底部与水流交接面上设置若干喷气孔4。喷气孔4在气穴内均匀排列，气体从喷气孔垂直于水流喷出入水。喷气孔沿船宽方向均匀排列，形成一道喷气孔。所述喷气孔数量可用以下公式计算：其中：Q为气源输出的气流量；r为气流量管路损失系数，r取值0.05-0.3。V为喷头处气体流速；S为单个喷头的喷孔面积。喷气孔的具体尺寸依据船舶航行状态及所需气流量而定，一般喷气孔直径设为5～50mm，两孔间距根据船舶底部流场确定，间距范围较为宽泛，船宽方向间距可为30～1000mm。所述喷气孔位置以及气量大小需依据船舶的运行状态和船舶底部的流场而确定，以避免喷出气流对水流的干扰。第三步，参见图7，通过供气设备、输气管路和输气控制系统，将气体输运至各个气体通道。供气设备，为鼓风机或空压机，依据使用船舶特性选择具体的种类和型号。各个航行姿态下所需通气量，由计算、试验积累数据换算而来。供气设备的气量为Q＝F(KQ,KAL,Re,B,L)其中：KQ为气量参数，依据船型而定，一般取1.05-5.0；KAL为输气管路漏气附加系数，一般取1.05-1.5；B为船底气穴宽度；L为船底气穴长度；Re为船舶航行雷诺数；供气设备的气压为其中：kpl为输气管路压力损失附加系数，一般取1.05-1.50；km为裕度系数，一般取1.10-2.00；ρ为水体密度；g为重力常数，取9.8N/Kg；H为通气扬程。输气管路满足管路内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体减阻船舶的垂流喷气减阻方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在船舶底部构建气穴，用于在所述气穴内部附着气体，形成气层；步骤二，在船舶底部设置多道带有若干喷气孔(4)的气体通道(2)，用于为所述气穴输送垂直喷射气体；步骤三，将气体输运至各个气体通道(2)；所述气体的气量为Q＝F(KQ,KAL,Re,B,L)，其中：KQ为气量参数；KAL为输气管路漏气附加系数；B为船底气穴宽度；L为船底气穴长度；Re为船舶航行雷诺数；所述气体的气压为

【技术特征摘要】
1.一种气体减阻船舶的垂流喷气减阻方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在船舶底部构建气穴，用于在所述气穴内部附着气体，形成气层；步骤二，在船舶底部设置多道带有若干喷气孔(4)的气体通道(2)，用于为所述气穴输送垂直喷射气体；步骤三，将气体输运至各个气体通道(2)；所述气体的气量为Q＝F(KQ,KAL,Re,B,L)，其中：KQ为气量参数；KAL为输气管路漏气附加系数；B为船底气穴宽度；L为船底气穴长度；Re为船舶航行雷诺数；所述气体的气压为其中：kpl为输气管路压力损失附加系数；km为裕度系数；ρ为水体密度；g为重力常数；H为通气扬程；所述气体的气流速度为F(u)m/s，u为船舶航速；步骤四，气体通过所述喷气孔(4)垂直于水流方向往水中喷射，在气穴内形成稳定气层。2.根据权利要求1所述的垂流喷气减阻方法，其特征在于，所述气穴占所述船舶底部平底部分的比例为30％-95％。3.根据权利要求1所述的垂流喷气减阻方法，其特征在于，所述气穴高度为5-300mm。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：高丽瑾，周伟新，恽秋琴，陈少峰，魏以迈，徐杰，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心上海分部，
类型：发明
国别省市：上海,31