3.1 前言
由文獻回顧發現使用微泡減阻的效果非常好，尤其使用微泡減阻 技術在平板實驗上的效果非常好，同時也沒有污染的問題。然而目前 在一般現況中之油輪、貨櫃船現行並無使用微泡減阻之相關技術以達 減阻之效，故本研究試著將應用微泡減阻技術於 HSVA 船模。
本研究主要應用在水洞中所開發的微泡減阻技術於 HSVA 船模
(船長約 6.5 公尺)上，在船模底部裝設 10 個多孔性透氣材料，使用多 孔性透氣材料來產生微氣泡的方法來減少物體表面的摩擦阻力。量測 在有無氣泡噴出情況下船模的阻力大小，觀察與審視以下三項控制變 因：(1)不同孔徑1 m
µ
、10 mµ
及100 mµ
三種尺寸之多孔透氣材料來產 生的微泡；(2)不同噴射位置：編號 1-5、編號 6-10 與編號 1-10；(3) 船模速度在 8 節(0.65m/s)∼18 節(1.46m/s)等變因改變下，對船速、空 氣含量對減阻效果的影響，且量測在有無氣泡噴射情況下的船模阻力 大小，進而瞭解應用微泡減阻技術於 HSVAI 船模之減阻效果。3.2 實驗架構與步驟
本研究使用台灣大學工程科學及海洋工程學系的船模實驗托曳
水槽，進行船模微氣泡減阻實驗。水槽測試斷面為 8 公尺寬×4 公尺 深的方形斷面，長度為 135 公尺，拖車最高速度約可達每秒 5 米，拖 車車速的精度在 0.002m/sec。水槽的拖車上安裝有 K&R R63 阻力 實驗儀以量測船模的阻力。水槽拖車實驗系統如圖 11 所示。船模是 超大型油輪 HSVA 的船型為實驗對象，如圖 12 所示。此船長 260.83 公尺，船寬 38.33 公尺，吃水 9 公尺，船模比例 1/40。採用此船型主 要原因是大型油輪的速度都很低，摩擦阻力佔總阻力的大部分，容易 表現出減阻的效果。實驗氣槽區主要是放置多孔型透氣材料，利用空 壓機再通過穩壓槽及調壓閥後將壓力穩定的氣體注入氣槽中，透過孔 徑不同的透氣材料來產生微氣泡。船底接近船艉的地方裝有一透明玻 璃可以觀測微泡流經船底的狀況。船底氣槽的位置如圖 13 所示，船 艏第一排氣槽的編號由左舷開始為 1、2、3，第二排為 4、5，船舯第 一排為 6、7，第二排為 8、9、10。每一排氣槽相隔 1 公尺，噴氣板 的長度為 30 公分。
托曳水槽船模阻力實驗步驟如下：
(1) 將船模壓載至設計排水量，然後安裝至 R63 的量測架構上。
(2) 首先量測不同速度下沒有微泡的裸船船模阻力以做為減阻的標 準依據。
(3) 量測不同位置噴氣的減阻效果。
(4) 針對不同噴氣位置調整調壓閥將空氣輸入氣槽中，慢慢增加空氣 的流量並量測在有氣泡噴入時的平板阻力。
(5) 變換不同的流速並重複(4)的量測。
(6) 變換不同孔徑的透氣材料再重複步驟(4)至(5)至此一噴氣位置的 實驗結束。
(7) 重複步驟(4)至(6)至實驗結束
3.3 實驗分析方法
船模的總阻力包含摩擦阻力與剩餘阻力，在進行量測時量到的是 船模總阻力，在慣例上當無氣泡噴出時之表面摩擦係數 Cf0 以 ITTC 平板摩擦公式來計算，
2 0 0.075 /{[ (R )] 2}
fm e
C = Log −
(1)在有氣泡噴出時之表面摩擦係數以 Cf 表示之;本文係使用無因次 量 Cf/Cfo 代表船模表面摩擦的減阻效果。因為船模的阻力係分為摩 擦阻力與剩餘阻力兩部分，且假設在噴氣狀態下，並不會影響剩餘阻 力的部分，所以可經由下列公式計算船模的摩擦阻力：
C tm 0 = C fm 0 + C rm 0
(2)0
m
w
C rm 0 = C tm 0 − C fm
(3)C f = C tm − C r 0
(4)為了探討空氣流量及微泡被覆面積對減阻效果產生之效應，需定 義空氣流量以便分析實驗結果。空氣流量之無因次參數以 Cv 表示，
/( )
v a a w
C = Q Q + Q
(5)其中 Qa 代表從多孔性透氣材料所噴射出之空氣流量，Qw 則代 表在紊流邊界層中水的流量，如公式(6)表示之， 則代表紊流邊界層 厚度，W 為多孔板的寬度。
δ
Q = × × W δ V
(6) ( /δ X
)=
(0.382 /R ex 0.2
) (7)3.4 實驗結果與討論
依序更換不同孔徑的透氣材料，調整空蝕水槽中不同的流速及進 入氣槽中的空氣流量來量測有無噴入微氣泡時平板的船模阻力值，並 利用無因次參數來做圖，其各個噴氣位置的實驗結果如圖 14-22 所示。
由圖 14-22 可發現當使用(1-5)噴氣孔噴氣時效果不好，只有 5%
左右的阻力減少。噴氣孔全開時(1-10)有 10%左右的阻力減少量，但 是在空氣量較高時卻有減阻效果衰減的現象。當只使用(6-10)時減阻 效果可達 15%，顯示使用前端的氣槽對減阻效果不彰，由觀測窗發 現使用前端氣槽時，由於微泡流經船底部距離太長時氣泡會彼此結合 成為大氣泡附著於船底部而降低減阻的效果。
由圖中顯示孔徑較大減阻效果有稍為較好，但是趨勢並不是很明 顯，在三組孔徑中除了 1 微米的孔徑減阻效果稍為偏低外，10 微米 與 100 微米的效果接近並沒有明顯的差異。
由圖 14-22 可看出大部份的情況是減阻效果隨空氣流量增加而增 加，但是至 Cv=0.0008 時，再增加空氣量不但不會增加減阻效果，
反而會使減阻效果降低，此情況主要還是過多的空氣會使微氣泡結合 成大氣泡附著於船底而造成阻力反而增加。此意謂著對每一情況存在 一最佳的噴氣量。
由圖中可發現對不同的噴氣位置與不同的孔徑，速度不同時減阻 的變化不明顯，此意謂著微泡減阻在船舶上的應用只需要計算最佳的 空氣流量即可。
由以上的實驗結果與討論可以得到以下的結論：
(1) 空氣流量的增加會使減阻的效果增加，但是其存在一最佳空
氣流量，空氣流量太多時在某些條件下會降低減阻效果。
(2) 在船模上用孔徑較大的透氣材減阻的效果比較好的趨勢，但 是並不是很明顯。
(3) 船速對減阻效果的影響不明顯。
(4) 噴氣位置在船體的中後方時減阻效果最明顯，實驗顯示在船 體前方噴氣時微氣泡會聚合成大氣泡而使減阻效果降低。
(5) 由於氣泡含蓋的船體表面積只佔船體浸水表面積的 29% 左 右，便有全體摩差阻力降低 20% 的效果顯示微泡含蓋範圍 的減阻效果仍然非常明顯。
(6) 因此如何增加船體表面微泡含蓋的面積而不產生大氣泡的 方法是船舶減阻實務上要追求的技術。