：結論與建議 - 船舶減阻技術的應用研究(3/3)─子計畫三：微泡減阻技術在船舶上的應用研究

5.1 結論

由以上的實驗結果與討論可以得到以下的幾點結論：

1. 在水洞中的平板減阻實驗顯示減阻效果顯著最好有 80%的減阻效果，同時空氣流量的增加會使減阻的效果增加，然後達到一穩定值並沒有阻力增加的情形出現，孔徑較小的透氣材減阻的效果比較好。

2. 在 HSVA 船模上顯示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。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。船速對減阻效果的影響不明顯。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。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。

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。

3. 在浯江號上則顯示只有在低空氣流率時有 15%的減阻效果，當空氣流率增加至 1.5 公升每分鐘時反而造成阻力增加，與水洞中平

板的趨勢相反。

4. 在高速雙體船上由於船型上有橫斜角，同時吃水只有 10 公分以下，微泡很快便浮出水面，在此船型上微泡並沒有產生任何的作用。

5. 由於微泡減阻主要的目的在於減少摩擦阻力，因此必需使用於摩擦阻力佔大部分的船型上，才能顯示出其效果。如圖 31 所示為本研究三型船型的福勞德數範圍，及其摩擦阻力佔總阻力的比例。若以 50%為挑選標準，則微泡減阻技術可使用於 Fr<0.2，或是 Fr>0.9 的速度範圍。在 0.2<Fr<0.9 的範圍內由於接近興波阻力的峰值，摩擦阻力甚至下降至僅有總阻力的 20%左右，不適合採用微泡減阻技術。

6. 在本研究中發現在水洞中由於微泡會隨流體帶走，不會在平板表面累積，因此減阻效果良好。但在船模上由於微泡會長大並合成大氣泡附著于船體表面，而造成阻力增加，因此其表現的現象與水洞中的實驗結果相反。

7. 由本研究所使用的船型顯示圓形底的船型，與有橫斜角的高速船不適合使用微泡技術，因為微泡會很快浮出水面而失去效用，微泡減阻僅適用於平底船型。

5.2 建議

微泡減阻是一環保且經濟的減阻方法，同時在水洞中的實驗效果非常顯著。然而在船模上的表現並沒有特別顯著，對平底的船型實驗結果也相當良好，但對中高速的船型由於船型為圓底及具橫斜角的高速艇，微泡並沒有發揮效果。對低速船型而言，雖有相當好的效果，

但卻存在一個隱憂，那就是在船模上若空氣流率太高時，反而會造成阻力增加。目前把此阻力增加歸咎於微氣泡的結合形成大氣泡貼于船體表面，造成船體表面的形狀或是相對粗慥度變大，而造成阻力增加，此部分僅屬推測有待更進一步的研究與證實。

本研究以水洞中的實驗結果的空氣流率使用於船模上，卻發現在水洞中的最佳空氣流率對船模而言卻是太高，此主要的原因是截至目前為止微泡的減阻機制尚未完全了解，因而沒有完整的縮尺律可以由船模推估至實船，同時也顯示水洞中的微泡行為與水槽中的微泡行為並不一致，有待更進一步的研究釐清。

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六向儀支撐底座

圖 1a：平板阻力量測架構圖

圖 1b：平板阻力量測實體圖

圖 1c：平板在上方的量測實體

Plate On Top

0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 0 9 0 . 1 0 . 1 1 0 . 1 2 C v

0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1

Cf/Cfo

2 . 3 9 m / s 3 . 0 m / s 3 . 3 3 m / s 4 . 3 m / s

圖 2：平板在上方 1

µ m

孔徑透氣材料平板阻力實驗結果

Plate On Top

Plate On Side

Plate On Bottom

0 0 .0 1 0 .0 2 0 .0 3 0 .0 4 0 .0 5 0 .0 6 0 .0 7 0 .0 8 0 .0 9 0 .1

Plate On Bottom

0 0 .0 1 0 .0 2 0 .0 3 0 .0 4 0 .0 5 0 .0 6 0 .0 7 0 .0 8 0 .0 9 0 .1

圖 23：低中高速船模實驗的福勞德數範圍

圖 24：浯江號船模底部氣槽配置圖

圖 25：高速雙體船船模底部氣槽配置圖

0.8 1.2 1.6 2.0 2.4

0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

Wu-Chaing Frictional Drag Reduction Ratio 0.5 l/m

1.0 l/m 2.5 l/m 5.0 l/m

圖 26：浯江號的減阻效果實驗

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Catamaran Frictional Drag Reduction Ratio 0.5 l/m

Frictional Drag Reduction Ratio 2.5 l/m

3.0 l/m 4.0 l/m 5.0 l/m

圖 28：雙體船減阻實驗結果

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Heave of Catamaran 0.5 l/m

Heave of cataraman

2.5 l/m

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

The Ratio of Frictional Drag to Total Drag HSVA(Low Speed)Ship

WuChiang(Medium Speed)Ship cataraman(High Speed)Ship

圖 31：三型船型的福勞德數範圍與摩擦阻力佔總阻力的比例

在文檔中船舶減阻技術的應用研究(3/3)─子計畫三：微泡減阻技術在船舶上的應用研究 (頁 25-46)