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CN108674575B - 一种流体减阻装置 - Google Patents

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CN108674575B
CN108674575B CN201810499660.7A CN201810499660A CN108674575B CN 108674575 B CN108674575 B CN 108674575B CN 201810499660 A CN201810499660 A CN 201810499660A CN 108674575 B CN108674575 B CN 108674575B
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陈志华
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Nanjing University of Science and Technology
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Abstract

本发明公布了一种流体减阻装置，包括设置在船体周边或底部的减阻带；所述减阻带位于边界层中；所述减阻带的表面设有油漆层；减阻带上设有等距离的开孔，所述开孔内设有L形的排气管，所述排气管的一端插入开孔内，另一端开口朝向来流方向。本发明的一种流体减阻装置，基于普朗克边界层理论
Figure DDA0001669970930000011
和牛顿内摩擦定律
Figure DDA0001669970930000012
分别减少了摩擦系数和速度梯度，减少了船舶与水之间的摩擦力，减少了能源的使用。

Description

一种流体减阻装置
技术领域
本发明涉及流体领域，尤其涉及一种流体减阻装置。
背景技术
目前航行的低速运输船舶和高速船等传统船舶航行时船体因与水接触产生摩擦
阻力，所以造成较大能耗。降低船舶与水之间的摩擦阻力，这方面的研究始终为人们所重视。
发明内容
本发明提供一种流体减阻装置，以有效减少船舶与水之间的摩擦力。
本发明的技术方案为：一个流体减阻装置，包括设置在船底(1)周边的减阻带(2)；所述减阻带(2)位于边界层中；所述减阻带(2)的表面设有油漆层；减阻带(2)上设有等距离的开孔(21)，所述开孔内设有L形的排气管 (22)；所述排气管(22)的开口朝向来流方向。
更进一步的，所述减阻带(2)为具有柔性材料。
更进一步的，包括多个并联的减阻带(2)；相邻减阻带(2)之间的开孔 (21)连通进行并联供气。
更进一步的，所述排气管(22)的直径小于边界层的厚度；所述排气管 (22)与开孔(21)过盈配合。
更进一步的，还包括依次连接的气体压缩装置、阀门、过滤器和流量计，所述流量计与减阻带(2)连接。
有益效果：本发明的一种流体减阻装置，基于普朗克边界层理论
Figure BDA0001669970910000011
和牛顿内摩擦定律
Figure BDA0001669970910000012
分别减少了摩擦系数和速度梯度，减少了船舶与水之间的摩擦力，减少了能源的使用。
附图说明：
图1为本发明的俯视图；
图2为本发明的左视图；
图3为本发明的减阻带的结构示意图；
图4为本发明的内部结构的连接示意图；
图5为本发明的边界层速度图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明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。
如附图所示，一种流体减阻装置，包括设置在船底(1)周边的减阻带 (2)；所述减阻带(2)位于边界层中；所述减阻带(2)的表面设有油漆层；减阻带(2)上设有等距离的开孔(21)，所述开孔内设有L形的排气管(22)；所述排气管(22)的开口沿着来流方向。
油漆层使得减阻带(2)的表面光滑，使得船底与减阻带(2)的加权摩擦系数低于船底摩擦系数。基于根据普朗克边界层理论
Figure BDA0001669970910000021
通过在船体周边加装一个摩擦系数小于船底的减阻带(2)，使边界层
Figure BDA0001669970910000022
为两种流体之间加权平均数从而减小摩擦系数，从而减小摩擦力。其中，ρ∞为来流密度，ν∞为来流速度，Cf为摩擦系数，S为特征面积。
结合牛顿内摩擦定律
Figure BDA0001669970910000023
可以通过减小速度梯度来使摩擦力变小。μ为动力粘度,
Figure BDA0001669970910000024
为来流速度沿边界层法线方向的梯度。
由于壁面无滑移条件，在没有加装减阻装置时，可知接触面处流体速度为 0。而当加装了本发明的减阻装置，则沿来流方向喷射气体在壁面处速度不再等于0，速度示意图如图5所示，这样
Figure DEST_PATH_IMAGE001
会减小，因此
Figure DEST_PATH_IMAGE002
会减小，而摩擦力是
Figure DEST_PATH_IMAGE003
τ减小面积不变，所以摩擦力减小。
更进一步的，所述减阻带(2)为具有柔性材料。使得贴合船体外形，保证置于边界层内。
更进一步的，包括多个并联的减阻带(2)；相邻减阻带(2)之间的开孔(21)连通进行并联供气。并联喷发的气体多，使得摩擦力更小。
更进一步的，所述排气管(22)的直径小于边界层的厚度，排气管喷出的气体的直径要小于边界层厚度，气泡直径小于边界层是为了防止气泡破坏边界层，让气体能在边界层中与水混合形成两种混合流体的边界层，气体的摩擦系数也要小于水。排气管(22)与开孔(21)过盈配合，即排气管(22)直径略大于孔径，保持了开孔的密封性，气体只能从排气管(22)对准来流方向喷射，无法从排气管(22)与开孔(21)的缝隙处向各个方向溢出，影响减阻效果。
更进一步的，还包括依次连接的气体压缩装置、阀门、过滤器和流量计，所述流量计与减阻带(2)连接。先把气体压缩到一定压强，然后打开阀门根据观察流量计调整阀门大小使气体流速等于来流速度，其中过滤器作用是过滤掉直径大于边界层的气泡。只需要最后把并联输入口与流量计出口接到一起即可。
本发明的一种流体减阻装置，基于普朗克边界层理论
Figure BDA0001669970910000031
和牛顿内摩擦定律
Figure BDA0001669970910000032
分别减少了摩擦系数和速度梯度，减少了船舶与水之间的摩擦力，减少了能源的使用。

Claims (4)

1.一种流体减阻装置，其特征在于：包括设置在船体(1)周边或底部的减阻带(2)；所述减阻带(2)位于边界层中；所述减阻带(2)的表面设有油漆层；减阻带(2)上设有等距离的开孔(21)，所述开孔内设有L形的排气管(22)，所述排气管(22)的一端插入开孔(21)内，另一端开口沿着来流方向；所述排气管(22)的直径小于边界层的厚度；所述排气管(22)与开孔(21)过盈配合。
2.根据权利要求1所述的一种流体减阻装置，其特征在于：所述减阻带(2)为具有柔性材料。
3.根据权利要求1所述的一种流体减阻装置，其特征在于：包括多个并联的减阻带(2)；相邻减阻带(2)之间的开孔(21)连通进行并联供气。
4. 根据权利要求1所述的一种流体减阻装置，其特征在于：还包括依次连接的气体压缩装置、阀门、过滤器和流量计，所述流量计与减阻带(2)连接。
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