[发明专利]用来分析由船喷出的气泡的方法

说明书

本发明总的来说涉及分析由船产生的喷出气泡的方法，尤其涉及用来分析微小气泡对减少船的表面摩擦的作用的方法。

微小气泡(micro-bubble)技术是一种公知的用来减少船的表面摩擦现象的方法。只有在孔隙度(void fraction distributions)分布已知的条件下，许多气泡流模型才可进行流场的各种性质的计算。所以，为了实现精确估算摩擦减少效果，弄清气泡流中的孔隙度分布的机理是关键。此外，当需要在实际情况中应用这种微小气泡技术来减少摩擦时，出于设计的目的，需要通过在各种计算过程中改变气泡供给率从而估算在一给定的气泡流场中产生的孔隙度。所以，同样地从实际应用的观点来看，气泡流中的孔隙度分布的知识对研究一种分析方法也是重要的。

例如，Guin等人提出了有关水平通道内气泡流的精确实验，该实验验证了靠近壁部表面的孔隙度与减少表面摩擦作用有紧密关系(报告A，“通过微型气泡来减少表面摩擦及它与通道内靠近壁部的气泡密度的关系”，1996年的JMST，第一卷，第5期，第241-254页)。在他们的报告中证实：在恒定的流速条件下提高供给的空气的流量，孔隙度峰值的位置就远离该壁部。

同样地，不同于涉及水平通道内气泡的本研究，还有涉及垂直上升或下降的气泡流的研究。Sato等人证实：在观察较小孔隙度(在峰值的5％)的气泡特点时，小气泡趋于以较高速度远离该壁部表面(报告B，“气泡流的研究：第二份报告，水速和流通通道大小对气泡特性的影响”，Kiron,43:2288-0296,1977)。

但是，仅仅根据升力，典型地由Saffman在报告C提出的这种观察报告很难在理论上解释通(“在慢速剪流内小范围内的升力”，JFM22:385-400,1965)。它表明传统的理论不能解答如何分析处理气泡流中的液相气泡的性能作用。

如在Kataoka的报告D中，发现了阐述估算公式的研究(“在气泡两相流中紊流的模型和预测”，在日本于95年举行的第二届多相流的国际会议，第M02-11-16页，1995)。在该研究中，根据实验确定的孔隙度分布，通过估算式来计算出流量。但是不能对产生孔隙度分布的机理提出理论上的解释，它将作为一个课题留作解决。

本作者从实践的观点出发证实了一个简单的拉氏函数式(报告E，“在紊流边界层内的气泡流或气泡边界层流的简单拉氏函数式”，1997年的JMST第二卷第一期第1-11页)。在此研究中，提出了解释表面摩擦减少的模型，其中包括一个气泡效应的表达式，该气泡效应是在假设边界层内具有一个平均孔隙度的液相紊流中的气泡的效应。

本发明的一个目的是根据对水平通道内气泡的孔隙度分布的近似计算从而提供一种用来分析从船喷出的气泡的方法。

本发明的另一个目的是提供用来估算气泡的孔隙度分布的基本控制方程。

本发明的另一个目的是阐明供给空气流率和流速对孔隙度分布的基本控制方程中的孔隙度的影响。

为了实现这些目的，本发明采用一种用来分析气泡分布模式即已知的孔隙度分布的方法，在从船中产生的气泡喷出中，通过将一种从所述船喷出的气泡流近似作为一种气相的连续流，并把气泡作为在液相的连续流中扩散的扩散微粒。

通过采用这种方式，得到的分析结果与实际的结果相同是可能的。

图1是表示分析由船产生的喷出气泡的本发明的分析方法的坐标系的平面图。

图2是根据本发明分析方法的实施例用作表示靠近由喷出气泡产生的控制表面的气泡的一个模型。

图3是根据本发明分析方法的实施例表示表面摩擦比Cf/Cf0计算结果的曲线图。

图4是根据本发明分析方法的实施例表示由平均孔隙度规范化后的当地孔隙度的分布的计算结果的曲线图。

图5是表示报告A中提出的孔隙度分布实验结果的曲线图。

参照附图，下面表示用来分析船的喷出气泡的方法实施例。在公式中用到的各种术语列在表1上。下标G用来表示气态，L表示液态和O表示没有气泡时的一种状态。