[发明专利]用于减摩船的气泡的产生和用于减少表面摩擦的方法

说明书

本发明总的涉及用于减摩船的气泡的产生和降低表面摩擦，特别是涉及一种从船上喷出微气泡以减少表面摩擦的技术。

用来减少船的表面摩擦效应的技术已经在下列首次公开号的日本专利申请中作了公开：S50-83992；S53-136289；S60-139586；S61-71290；以及在日本实用新型S61-39691；和S61-128185中作了公开。

这些减摩船在巡航速度下通过插入在水与船体之间的靠把气体(例如空气)从船体表面射入水中而产生的大量的气泡的作用而产生较低的表面摩擦。

为了使用这种气泡喷射技术来增加在船体交界面处的减摩效应，众所周知，在船体表面附近形成的紊流附面层中，一个在下列表达式(1)中的常数η_m必须较大：

η_m=λ_m/d_b·α_m^2/3    (1)

式中α_m是在紊流附面层中的平均空隙比；d_b是微气泡的直径；以及λ_m是一个与船的尺寸有关的常数。

虽然可以认为吹入水中的气体体积应当比较大以增加平均空隙比α_m，但是人们发现较大的气体流量将使微气泡被排出紊流附面层，从而不会增加平均空隙比α_m。此外，至今还没有一种用来测量平均空隙比α_m大小的有效方法。

参上面所引用的现有技术中，微气泡是从压缩机把压缩空气通过多个孔或多孔板射入而产生的。但是，人们已经知道，由射入空气产生的微气泡的直径取决于多泡流速(近似等于船的速度)，因此用限制船速来适应气泡尺寸是不切实际的，而控制射入参数以便在船的任何速度下使气泡尺寸都能达到最佳将是理想的。

本发明的一个目的是提供一种通过控制从船体表面射入水中的气体流量使高效地经过多泡流场的船减少表面摩擦的方法。

本发明的另一个目的是可以产生所要求的直径范围的微气泡而不受船的速度的限制，因此在任何船速下都能减少表面摩擦。

该第一目的可以在一种用于减少船的表面摩擦的方法中实现，该方法通过使气体从设置在船的船体表面上的多个喷嘴中射出，以及通过控制经过喷嘴的气体流量以便在紊流附面层内建立峰值空隙比，从而使该船在船体表面附近产生的多泡流场中经过，根据一项理论性观察，峰值空隙比的位置随着通过喷嘴的气体流量的增加而沿着一个垂直于船体表面的方向移开。

当船在通过把气体从喷嘴射入船的船体表面附近的水中而产生的多泡流场中经过时一种用来使船减少表面摩擦的减少表面摩擦装置包括：多个设置在船体表面上用来把气体射入水中的喷嘴；以及一个用来控制进入喷嘴的气体流量的气体供应设备，以便在紊流附面层内建立峰值空隙比。

本发明人进行了关于减少表面摩擦效应与经过船体表面附近的多泡流场的船速和进入喷嘴的气体供应量之间的关系的理论研究，并且把该研究结果公开在日本专利申请H9-142818(首次公开号)中。下面的结论就是根据这项研究得出的。当通过所有喷嘴的气体流量Q_G均相同时，较低的流速U_m将产生较高的空隙比α_m和用较小的减摩比C_f/C_f0(有气泡的摩擦系数C_f与无气泡的摩擦系数C_f0的比)所表示的较小的摩擦。当流速U_m保持恒定时，较高的气体流量Q_G将产生较小的减摩比C_f/C_f0，表示此时摩擦减小了。

但是，如图2中所示，还可以发现峰值空隙比从船体表面移开的位置。所以十分清楚的是，本发明的方法是从我们的理论分析中得出的，而且该方法还与下述已知观点相一致即在紊流附面层中的系数η_m必须比较大才能产生有效的表面摩擦减少效应。

除了上述方法外，还提供了一种当船在通过把气泡从设置在船体表面上的喷嘴射入水中所产生的多泡流场中经过时用来产生用于减少船的表面摩擦的气泡的方法，其中该气泡的半径可由下列表达式(2)给出：

R=2.4{Q/(U·K)}^1/2    (2)

式中Q是气体流量，U是在该多泡流场中的流速，以及K是有效喷嘴的数目。