本发明专利技术公开了一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置、方法和系统，该装置包括拖曳系统、供气系统、流量调节系统、试验池和船舶模型。模拟装置通过CFD软件模拟船舶模型在各种工况下气泡云生成的位置，并生成数据集在计算机前端输入，通过在船艏安装沿船长方向和不同深度的出气筛板，由控制系统控制输气压力和流量，使出气筛板能够在不同位置处模拟出与船舶实际航行相似的气泡云发生情况，为在模型尺度下模拟和研究气泡夹带对船舶实际航行的影响提供基础支撑。本发明专利技术通过拖曳系统调节船舶模型的航行速度，并通过计算机控制流量调节系统，根据不同工况在船舶模型两侧不同位置处生成数据集中对应的气泡云，在模型尺度下模拟实际航行的气泡夹带过程。
1、船舶在航行时，在船头附近，船体和周围流体之间的碰撞导致自由表面倾覆和破裂，这将导致水下空气夹带，随后飞溅到水面上方。该过程将增强流动的不稳定性，在船舶周围形成不同形式的水-气泡混合流动。
2、水-气泡混合流会从不同方面对航行船舶的水动力性能产生显著影响，水-气泡混合流是由船舶与周围流体的相互作用产生的，通常伴随着剧烈的波浪破碎和显著的能量耗散，能量耗散引起的阻力增加将导致燃料消耗和污染物排放的增。水-气泡混合流会使船舶砰击载荷的空间分布和大小会发生变化，直接影响船舶的运动和动力响应、局部结构强度和舒适性。因此，获取船舶在水-气泡混合流影响下的各项参数对优化航行器安全性、舒适性等性能具有重要意义。由于实海域的测试存在成本高、周期长、操作难度大等问题，因此缩比模型的水池试验成为了研究水-气泡混合流对船舶影响的主要试验方式，但实验室环境无法复现真实海洋环境下的气泡流，所以需要设计试验装置在模型尺度下模拟实海域的气泡生成方式，进而水-气泡混合流对船舶的行驶性能的影响。现有的船舶气泡发生装置存在诸多技术缺陷及不足。
3、现有的船舶气泡发生装置通过单根输气软管通入固定速度的气体，在出气口产生连续的单个气泡，与实海域由于空气夹带在船艏两侧不同位置产生的不同大小的气泡云有很大差别。此外，现有的船舶气泡发生试验测试模拟装置无法实现根据工况自动调整出气量和出气速度，每种工况需要手动调整流量，在试验实施过程中较为不便。
/>技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置、方法和系统，通过cfd软件模拟船舶模型在各种工况下气泡云生成的位置，并生成数据集在计算机前端输入，使用计算机控制流量调节系统和供气系统，在船舶模型船艏处模拟出与船舶在实海域上行驶相似的气泡云，从而在模型尺度下模拟实际航行的气泡夹带过程。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的，一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置，包括供气装置、流量调节系统、拖曳系统、试验池和船舶模型。
3、其中，供气装置通过输气软管与流量调节系统连接。
4、拖曳系统包括门型结构和拖曳装置，门型结构两端固定在试验池两侧壁上，拖曳装置与外接控制系统连接，通过控制系统驱动。
5、拖曳装置通过连接段与设置在试验池中的船舶模型连接。
6、连接段另一端固定于船舶模型上，带动船舶模型在试验池中移动。
7、船舶模型两侧设置有气泡发生机构和传感装置。
8、流量调节系统出口的输气软管缠绕在连接段上，与船舶模型两侧气泡发生机构连通。
9、流量调节系统根据控制系统设置的航行速度工况控制输气软管的出气量和出气速度。
10、试验池中充有试验流体。
11、优选的，供气装置包括空压机和微气泡发生装置中的一种或几种，供气装置可通入气体或气液混合物。
12、优选的，船舶模型两侧设置的气泡发生机构为均匀布置的微孔结构，微孔结构上设置在出气筛板上，通过出气筛板安装凹槽与船舶模型首部连接。
13、优选的，出气筛板的形状为长方形，在深度方向和沿船身方向上都均匀布置有微孔。
14、优选的，流量调节系统包括多个流量调节装置，每个流量调节装置与一根输气软管连接，每个流量调节装置可独立控制一根输气软管的流速和流量，每一根输气软管与出气筛板上均匀布置的微孔相连。
15、优选的，船舶模型中设置的传感装置包括但不限于倾角传感器和阻力传感器。
16、本专利技术除了提供一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置外，还进一步提供一种采用上述模拟装置的船舶气泡发生模拟方法，用于在模型尺度下研究气泡夹带对船舶实际航行的影响，包括以下步骤：
17、将供气装置、流量调节系统、拖曳系统、试验池和船舶模型各部件组装到位，根据试验需求设置试验工况，由供气装置经输气软管输送气体通入船舶模型首部两侧的气泡发生机构模拟实际行驶过程中在船艏产生的气泡云，通过控制系统控制流量调节系统调节气体输送的压力和流量，模拟不同试验工况下的气泡云生成位置、大小和速度，船舶模型在拖曳系统的拖曳下在试验池中做直线运动，在船舶模型运动过程中，通过控制系统观测传感装置提供的具体参数，在模型尺度下研究气泡夹带对船舶实际航行的影响，当船舶模型行驶到预设终点位置时停止拖曳，将船舶模型复位，完成试验。
18、本专利技术还进一步提供一种模型尺度的船舶气泡发生模拟系统，该系统用于实现上述模型尺度的船舶气泡发生模拟方法，该系统包括：
19、气泡云生成模块、流量控制模块、数据采集模块和数据分析模块。
20、其中，气泡云生成模块通过软件模拟船舶模型在各种工况下气泡云生成的位置，并生成数据集，传输给流量控制模块。
21、数据采集模块接收传感装置采集的船舶模型航行参数，并将参数实时传输给数据分析模块。
22、流量控制模块根据气泡云生成模块输入数据集，控制流量调节系统通气软管的出气量和出气速度。
23、数据分析模块接收数据采集模块传输的船舶模型航行参数，在模型尺度下分析气泡夹带对船舶实际航行的影响。
24、优选的，气泡云生成模块采用cfd软件模拟船舶模型在各种工况下气泡云生成的位置。
25、与现有技术相比，本专利技术具备以下优点：
26、本专利技术提供的一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置、方法和系统，通过cfd软件模拟船舶模型在各种工况下气泡云生成的位置，并生成数据集在计算机前端输入，从而控制流量调节系统中每根通气软管的流量，配合出气筛板上的微控结构能够在深度上和沿船身方向独立控制输气软管的出气量和出气速度，以达到控制气泡云生成位置、大小速度的效果。本专利技术提供一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置和方法，可以通过安装在船舶模型上的传感器实时生成相应工况，监测模型的阻力、倾角等航行参数。本专利技术中，计算机通过识别传感器的实时数据，对应相应的工况控制流量调节计，从而调节每根输气软管的流量大小，在出气筛板的不同位置生成气泡云，能够在模型尺度下模拟出与实海域相似的气泡夹带现象。
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【技术保护点】
1.一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置，其特征在于：所述装置包括供气装置(1)、流量调节系统(3)、拖曳系统、试验池(8)和船舶模型(10)；
2.如权利要求1所述的一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置，其特征在于：所述供气装置(1)包括空压机和微气泡发生装置中的一种或几种，所述供气装置(1)可通入气体或气液混合物。
3.如权利要求2所述的一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置，其特征在于：所述船舶模型(10)两侧设置的气泡发生机构为均匀布置的微孔结构(13)，所述微孔结构(13)上设置在出气筛板上，通过出气筛板安装凹槽与船舶模型首部连接。
4.如权利要求3所述的一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置，其特征在于：所述出气筛板(12)的形状为长方形，在深度方向和沿船身方向上都均匀布置有微孔。
5.如权利要求4所述的一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置，其特征在于：所述流量调节系统(3)包括多个流量调节装置，每个流量调节装置与一根输气软管连接，每个流量调节装置可独立控制一根输气软管的流速和流量，每一根输气软管与所述出气筛板(12)上均匀布置的微孔相连。
6.如权利要求4所述的一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置，其特征在于：所述船舶模型(10)中设置的所述传感装置(9)包括但不限于倾角传感器和阻力传感器。
7.本专利技术除了提供一种模型尺度的船舶气泡发生模拟方法，其特征在于：采用权利要求1-6任一项所述的模拟装置，进行船舶气泡发生模拟，包括以下步骤：
8.一种模型尺度的船舶气泡发生模拟系统，其特征在于：所述系统用于实现权利要求1-6任一项所述的模型尺度的船舶气泡发生模拟方法，所述系统包括：
9.如权利要求8所述的一种模型尺度的船舶气泡发生模拟系统，其特征在于：所述气泡云生成模块采用CFD软件模拟船舶模型在各种工况下气泡云生成的位置。
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【技术特征摘要】
1.一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置，其特征在于：所述装置包括供气装置(1)、流量调节系统(3)、拖曳系统、试验池(8)和船舶模型(10)；
2.如权利要求1所述的一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置，其特征在于：所述供气装置(1)包括空压机和微气泡发生装置中的一种或几种，所述供气装置(1)可通入气体或气液混合物。
3.如权利要求2所述的一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置，其特征在于：所述船舶模型(10)两侧设置的气泡发生机构为均匀布置的微孔结构(13)，所述微孔结构(13)上设置在出气筛板上，通过出气筛板安装凹槽与船舶模型首部连接。
4.如权利要求3所述的一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置，其特征在于：所述出气筛板(12)的形状为长方形，在深度方向和沿船身方向上都均匀布置有微孔。
5.如权利要求4所述的一种模型尺度的船舶气泡发生模拟装置，其特征在于：所述流量...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭春雨，郭渡寒，韩阳，王超，郑鑫，白培佳，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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