مطالعۀ تجربی کاهش نیروی پسای هیدرودینامیکی یک شناور کاتاماران به‌روش تزریق حباب

افزایش سرعت و برد سامانه‌های هیدرودینامیکی که درنهایت به افزایش عملکرد می‌انجامد، از اهداف بسیار مهم در طراحی به شمار می‌آید. از طرفی لازمه این افزایش، کاهش نیروی پسای هیدرودینامیکی است. یکی از روش‌های فعال برای کاهش نیروی پسای هیدرودینامیکی، تزریق حباب روی سطح وسیله است. این روش بازده بسیار بالایی دارد، در مقایسه با سایر روش‌ها، مسئله آلودگی محیط‌زیست نداشته و به‌راحتی روی سامانه‌های هیدرودینامیکی معمول نیز قابل‌اجراست. هدف اصلی در این پژوهش، مطالعه تجربی به‌کارگیری روش تزریق حباب به‌منظور کاهش نیروی پسای هیدرودینامیکی یک شناور سطحی و مشخص نمودن معیارهای تاثیرگذار در عملکرد این روش است. در ابتدا یک مدل 1 به 25 از شناور کاتاماران به طول 70 سانتی‌متر از جنس پلکسی‌گلاس و با استفاده از تکنیک برش لیزر، ساخته شده، سپس تزریق کننده‌های حباب طراحی شده و به همراه تجهیزات لازم مربوط به سنجش نرخ هوای تزریقی در سه موقعیت مکانی مختلف در نواحی سینه، میانی و پاشنه در ناحیه کف بدنه نصب شده است. تست‌های مربوط به اندازه‌گیری مقاومت شناور، در حوضچه کشش و با استفاده از امکانات آزمایشگاهی مانند ارابه کشش برای دو مدل شناور کاتاماران همراه با سامانه تزریق حباب و بدون سامانه تزریق حباب در محدوده عدد فرود 0/44 تا 1/48 انجام شده است، درنهایت تاثیر تزریق هوا بر میزان کاهش مقاومت شناور در اعداد فرود مختلف موردبررسی قرار گرفته‌اند. نتایج آزمایشگاهی بیانگر این موضوع است که روش تزریق حباب در گسترۀ اعداد فرود تست شده به کاهش نیروی پسای هیدرودینامیکی وارد بر مدل شناور کاتاماران منجر شده است. از طرفی با افزایش عدد فرود میزان قابلیت روش تزریق حباب در کاهش نیروی پسای مدل کاهش یافته و از 21/15 درصد در عدد فرود 0/54 به 11/8 درصد در عدد فرود 1/25 رسیده است.

Experimental Study on the Hydrodynamic Drag Reduction of a Catamaran Vessel Using MicroBubbles Injection Method

Increase in speed and range of hydrodynamic systems, which ultimately lead to enhance in its performance, is one of the most important goals in design of marine systems. Achieving this goal, is required to reduce hydrodynamic drag. Microbubble injection technique is one of the active methods to reduce hydrodynamic drag. This approach has high efficiency for drag reduction and in comparison to the other active methods, it has less environmental pollution and it is easy to install on the hydrodynamic vehicles. The main aim of this research is experimental investigation of the hydrodynamic drag reduction of a catamaran vessel using microbubbles injection method and determining the effective parameters on the performance of this technique. For this purpose, at first, a catamaran vessel model is made with length of 70cm. In the following, the microbubble injectors are designed and installed with necessary equipment, for measurement of air flow rate, on three locations at fore, middle and aft sections of model. Experimental tests are carried out in towing tank laboratory for catamaran vessel with and without injection system for Froude numbers in the range of 0.44 to 1.48 and finally, the ability of microbubbles injection method to reduce hydrodynamic drag of catamaran vessel model is evaluated at different velocities. The experimental results revealed that, the average hydrodynamic drag reduction is attained about 17%. additionally, by increasing Froude number, the capability of mirobubble injection method to reduce drag has been decreased from 21.15% to 11.8% for Fr=0.54 and Fr=1.25, respectively.