面对全球能源约束趋紧、环境污染严重问题,节能减排已经成为世界性话题。随着环境问题对船舶业发展的制约,IMO国际组织出台了国际防止船舶造成污染公约,严格限制了NOx、硫化物、可吸入颗粒物及CO2的排放,开展绿色船舶节能减排势在必行。目前船舶节能减排研究主要有减小阻力、提高燃油利用率、提高螺旋桨推进效率、改进船型、尾气回收等。其中,减小船舶阻力可以从源头上节约燃油消耗,一直是船舶节能减排的重点研究问题。利用微气泡减小船舶阻力的有效性已经得到共识,特别是对三大主力船型而言,因其摩擦阻力占总阻力的主要部分,利用微气泡可以很好的减小船体表面的摩擦阻力,进而降低能源消耗,节能减排,进而产生巨大的经济效益和社会效益。由于主流相(水)和船体表面对减阻气泡的分布、发展和减阻效果具有较大影响,因此本文主要研究气体、水和壁面之间相互作用、气泡聚合破裂、以及影响气泡减阻的重要影响因素。基于欧拉多相流模型对平板及船舶微气泡减阻数值模拟方法进行了研究。研究了平板和三维船体的网格划分、聚合破裂模型、壁面润滑力及松弛因子等基本理论和数值计算方法。通过数值结果与试验值分析验证,得到了更加有效的气泡聚合破裂和减阻的理论预报方法。讨论了平板沿程减阻变化,研究分析了微气泡在流场中的分布、聚合破裂对微气泡大小、体积分数、以及减阻率的影响等。结果显示,微气泡自通气口进入后沿平板壁面存在过渡段,该段上微气泡在壁面上的覆盖较差、减阻效果较差,过渡段后壁面气相体积分数提高,减阻率提高。在壁面上微气泡直径沿程逐渐增大,呈聚合状态,在距离壁面一定距离处微气泡直径沿程减小,呈破裂状态。采用多相流理论、standard k-epsilon湍流模型及luo-lehr聚合破裂模型,以一艘2200吨货船为例进行了船舶微气泡减阻的数值模拟预报方法及性能研究。数值模拟中考虑了壁面润滑力,微气泡聚合破裂等诸多因素,船体表面的气泡分布、聚合、破裂及其与减阻的关系。结果显示,船舶底部微气泡输入后与平板类似存在减阻效果较差的过渡段;沿船体侧面减阻率随着来流速度和通气量的增大而提高;船体表面上微气泡沿程迅速聚合。随着通气量的增加,在船体底部增设通气口可以提高微气泡减阻效果,但是较低通气量增设通气口会降低减阻效果。可见,对于设计水线较大的船舶,减阻效果与通气量、通气口数量、来流速度等多种因素有关。