港内波能集中及治理措施试验研究

以烟台西港区工作船码头为例,介绍了港内波能集中现象。该港口在防波堤建设后,工作船泊位前的泊稳条件并未像预期那样得到改善。通过物理模型试验和理论分析,找出了波能集中形成的原因。并通过物理模型试验研究了不同的整治措施,包括减少进入港内的波能和在港内增加消波措施等不同方法,可为类似工程提供借鉴。     

随机波中船舶参数横摇研究

针对随机波中船舶参数横摇,提出一种数值预报方法。采用新的随机波成形方法,求解出船舶无横倾时在随机波中时间序列垂荡和纵摇运动,确定出船-波相对位置。利用3个坐标系之间的转换关系确定船体各横剖面左右舷与波面瞬时交点,然后对波浪压力沿船长湿表面积分,得出船舶复原力的Froude-Krylov部分。提出复原力之辐射力和绕射力部分和横摇角的非线性假定。确定一个参数横摇数学模型,实现随机波中参数横摇计算;通过试验和数值模拟对一艘巴拿马型集装箱船进行了参数横摇预报,研究了随机波中参数横摇的实际非各态历经的特点。     

A parametric study on water-entry of a twin wedge by boundary element method

High speed catamarans are used for pleasure, racing as well as passenger transportations. Optimal design of these crafts requires knowledge of sea loads exerted on their structures. The total load may be estimated by integration of loads exerted on a series of two-dimensional sections along the hull. In order to access the cross-sectional loads, the problem may be simplified to solve the water-entry problem of a twin hull. In this paper, water-entry problem of a twin wedge at constant vertical water-entry speed is studied. The problem is solved in the framework of potential theory using boundary element method where gravity effect on the flow is neglected. A simplified model based on Wagner theory is employed. Free surface elevation and pressure distribution on the body in different deadrise angles have been evaluated. A parametric study has been done to investigate effects of deadrise angle, distance between demi-hulls and free surface elevation on maximum pressure coefficient. Finally, a regression formula for maximum pressure coefficient has been proposed. Results of parametric study reveal that as time advances the interaction between two demi-hull gets more severe, besides the interaction effect on pressure coefficient is nonlinear.     

斯特林发动机中天然气扩散燃烧的数值分析

本文应用数值模拟,对斯特林发动机中天然气的燃烧进行了全尺寸三维模拟.空气预热温度、旋流数和过量空气系数对斯特林燃烧室速度场、温度场分布以及排放有重要影响,本文分别对这些参数进行了优化.预测了优化后燃烧室的速度场、温度场的分布,以及NOx和CO的浓度场分布,得到了吸热部件周围的流动形式.模拟结果为抑制NOx和CO的排放和进一步提高换热效率以及发动机的效率提供了指导.     

基于三维时域混合源法的顶浪 不规则波参数横摇研究

国际海事组织(IMO)船舶设计建造分委会(SDC)第4次会议把参数横摇稳性直接评估提上议程,如何准确预报和评估不规则波中的参数横摇是亟待解决的问题。文章提出采用一种三维时域面元法进行不规则波中参数横摇的预报和评估,该方法首先采用混合源法,即在内域采用Rankine源,在外域采用瞬态的时域Green函数,该混合源法充分考虑了船体的定常和非定常运动,以及定常运动对非定常运动的影响;其次考虑了船体与不规则波浪的瞬时相对位置,沿船体瞬时湿表面进行压力积分求解Froude-Krylov力和静水力;然后通过时域求解垂荡—纵摇—横摇三自由度耦合方程计算参数横摇。文中以国际标模C11集装箱船为研究对象,研究了不同随机波浪谱下参数横摇的发生规律,进行了统计分析,并通过已有的试验结果验证了文中采用方法的有效性。结果表明,该文采用的三维时域面元法可有效用于顶浪不规则波中参数横摇的直接数值预报。     

波浪作用下人工沙滩剖面横向输沙试验研究

随着在滩涂之上建设人工沙滩的举措逐渐增多,人工沙滩剖面横向输沙研究有非常重要的现实意义。在与海岸动力相互适应的原岸滩上建造人工沙滩是较为复杂的问题,并且实际工程中的人工沙滩还受到工程措施的影响,剖面形态较难预测。在原海滩上建造人工沙滩较复杂,它适应了海岸的力量;实际工程中的新滩受工程测量的影响,因此其剖面形状难以预测。针对这个问题,采用物理模型试验的方法,针对受挡沙坝及护岸限制的人工沙滩剖面在不同水位及波浪条件下的形态变化进行试验研究,并应用工程中常用的平衡剖面模型对相对稳定的剖面进行计算比较,得出了形成稳定的剖面形态所需要的条件。试验结果验证了初始岸滩坡度1∶15的适用性,得出了当波浪受结构物影响较小时可以形成均衡沙滩剖面的结论。     

混凝土联锁块软体排压载块抗水流掀动稳定性研究

通过稳定性物模、Fluent二维数模、受力测试等手段,研究和分析纯流条件下4种常用混凝土联锁块护底软体排压载块的稳定性、失稳过程、失稳临界流速,以及水深和压载部位(排边缘、搭接处、中间部位)等因素对压载块稳定性的影响。根据研究结果对现行规范公式提出了水深、结构尺寸及压载部位等因素的修正。在此基础上,提出了3种新型压载块结构形式,并与常用压载块进行了比较。结果表明,3种新型压载块稳定性均好于现用的4种压载块。     

水下爆炸作用下加筋板结构响应的数值仿真研究

运用有限元程序MSC.Dytran数值模拟水下爆炸作用下舰船上典型的加筋板结构的响应,采用一般耦合算法模拟了流体与结构的耦合效应,在计算中考虑了材料的应变率强化效应,并将数值仿真结果与试验结果进行比较,两者吻合较好。在此基础上分析了板架的变形模式,加强筋在板架变形过程中的作用,以及板架最大塑性应变出现的位置。     

舰船水幕防火分隔效果的试验研究和模拟计算

对舰船用大型水幕进行了防火分隔效果的试验研究和模拟计算，证明水幕能有效阻止火灾蔓延，降温隔热效果明显。试验验证了舰船水幕防火分隔的可行性和有效性，影响水幕防火分隔效果的主要因素是水幕用水量、厚度以及水幕水滴的直径，结果对舰船水幕防火分隔设计具有重要的参考作用。     

船用螺旋桨及桨后发电机设计可行性研究

  目的  以概念船舶节能装置为研究对象,  方法  在船用螺旋桨后布置尾流发电机,利用螺旋桨的高速尾流推动发电机叶轮旋转,从而带动发电机组,将尾流能回收转化为电能,降低船舶的总体能耗。将螺旋桨及海流发电机视作组合推进器一体设计,采用涡格法分析桨的水动力性能,采用原创的改进叶素动量方法评估桨后处于高度非均匀流场中的发电机的性能。采用遗传算法设计最佳的海流发电机叶片几何,为某实船提供设计方案,并通过CFD方法验证方案的性能。  结果  经与原桨比较,结果显示：在进速系数不变的情况下,组合推进器的推力可提高约4%,但收到功率略有增加;如果调整转速,则组合推进器在推力略有损失的情况下可降低能耗3.43%。  结论  计算分析证明了该节能装置的可行性,可作为降速航行的替代方法。     

多蛋形交接耐压壳屈曲特性试验与数值研究

文章研究了多蛋形交接耐压壳屈曲行为。基于壳体开孔处的变形量与完整壳体一致的设计理念,优选多蛋壳结构参数,制作多蛋壳比例模型,并对其制作误差进行了检测。此外,还进行了静水压力试验,验证真实多蛋壳破坏形式,检验环肋参数的合理性,比较了考虑真实形状和厚度的非线性有限元分析结果。结果表明:基于变形协调理念设计的多蛋壳,最终破坏远离环肋交接处,蛋形壳单元破坏形式及载荷与完整单蛋壳基本相同,试验验证了多蛋壳继承了完整蛋形壳较好的耐压特性;基于弧长法的数值计算与试验结果具有良好一致性,考虑真实形状和厚度的非线性有限元分析可用于分析预测真实壳体的屈曲特性。     

群性波列作用下系泊船舶的水动力响应数值模拟

该文根据随机波群的模拟方法,模拟得到具有同一有效波高,有效周期但不同群性的随机波列,研究了不同群高参数GFH和群长参数GLF的波列作用下系泊船的运动响应及缆绳张力。数值计算结果表明,系泊船横移运动量和缆绳张力呈现随波浪群高的增大而增大的趋势,升沉运动量也略有增加,而波浪群长的变化对系泊船的运动响应及缆绳张力基本没有影响。     

风流作用下码头系泊船舶缆绳张力及运动量研究

基于力的平衡关系建立了系泊船舶在风和潮流作用下缆绳张力和运动的计算模型(Qmoor),其中根据船舶类型和吨位确定其水下的迎流面积和水上的迎风面积,由经验性公式计算风、流对码头前船舶的作用力,缆绳张力采用考虑缆绳非线性变形的Wilson公式计算,同时也考虑了护舷的变位与靠泊力之间的非线性关系。计算结果与物理模型试验结果较一致,且与Optimoor软件的计算结果进行了对比。     

波浪作用下结构-海床耦合系统失稳破坏机理的数值探究

为探究波浪作用下结构-海床耦合系统的失稳破坏机理,建立能模拟此破坏情况的计算模型,文章在设置接触面情况下,将循环荷载作用下饱和粘土不排水抗剪强度模型及动孔压模型引入等效线性化计算模型,并对该耦合系统进行动力分析计算,计算结果更准确地反映了土体的塑性变形积累和强度衰退随循环荷载周期的变化,并且与模型实验的观测结果更接近。     

双轴加载下船底纵骨疲劳寿命试验与数值模拟研究

以实尺度制作了疲劳试验的试件,对45000DWT江海直达散货船船底纵骨与水密及非水密实肋板连接处进行了双轴恒幅循环载荷下的疲劳试验,记录了热点处的疲劳裂纹扩展长度和对应循环次数,获得船底纵骨疲劳特性;根据不同节点处裂纹萌生和扩展情况,得出非水密节点处是疲劳危险处;用动态应变仪记录热点处的应变,根据新版《船体结构疲劳强度指南》中的热点应力法计算热点应力,用试验数据拟合了一条S-N曲线,与指南提供的D曲线进行了对比分析,验证了D曲线的合理性。同时用MSC.Patran软件建立有限元模型,选取2007版《船体结构疲劳强度指南》中名义应力法对应结构形式的F曲线,用MSC.fatigue模块计算了相应节点的总疲劳寿命,将有限元结果和试验结果进行对比,验证了热点应力法的准确性。     

ONR内倾船波浪中复原力臂非线性现象试验和数值研究

船舶波浪稳性中参数横摇和纯稳性丧失是与波浪复原力臂变化有关的失效模式,波浪中复原力臂的变化是影响这些失效模式预报精度的关键因素.本文以ONR内倾船型为研究对象,通过试验和数值方法研究了横摇复原力臂的变化.首先采用半拘束模型(垂荡、纵摇自由,固定横倾角)试验测量波浪中船模复原力的变化;其次采用三维时域混合源法建立波浪中复原力臂的数值计算方法,在常规Froude-Krylov力假设的基础上,进一步考虑辐射力和绕射力对横摇复原力的影响,并在速度势的计算中引入精确物面条件,沿瞬时湿表面积分计算动态辐射力和绕射力的成分;最后通过试验结果和数值计算结果的比较,以及复原力臂组成成分的分析、近似物面非线性条件和精确物面条件计算结果的对比等,详细分析了ONR内倾船型波浪中复原力臂的非线性现象.研究表明:顶浪中常规Froude-Krylov力假设不够完善,随着航速、波陡、横倾角度的增加,波浪中复原力臂的非线性现象十分明显,辐射力和绕射力对复原力臂的贡献是非线性现象的主要原因;基于精确物面条件计算动态辐射力和绕射力引起的复原力臂变化可以更好地反应复原力臂的非线性现象.     

小面积掩护水域波浪物理模型与数学模型对比研究

通过物理模型和数学模型2种研究手段,对印度尼西亚PLTU2 JAWA BARAT 3×350 MW电厂码头工程波浪传播进行对比研究,分析港内外波高和波浪增水引起的水平面的变化。结果表明:对港内波高的分布情况数学模型模拟结果和物理模型试验结果基本吻合,从物理模型试验结果分析得出港内存在水平面的上升情况,MIKE21的BW波浪数学模型不能模拟波浪增水。分析了长周期波引起港内波浪共振的条件,港口的自振周期远远大于试验波要素的周期,故在此波浪作用下不会引起港内的共振。     

A minimization theory in Hilbert space and its application to two-dimensional cavity flow with a numerical study

A minimization theory, which is based on the Hilbert space theory, is proposed and applied to two-dimensional cavity flow past a strut with the assumption of potential flow. That is, the minimization of the cavity drag of the strut on the cavity flow is studied with the help of the optimization theory proposed. To accelerate the optimization process, the Euler beam theory is introduced to generate a small variation in the strut. The introduction of the Euler beam theory makes the mathematical formulation for the present theory ill-conditioned. To overcome this condition, the Tikhonov regularization and the Morozov's discrepancy principle are used to regularize the present optimal theory. From the numerical study, it is shown that the proposed minimization theory is able to find an optimized shape for the given strut and corresponding optimized cavity drag. Received: June 22, 2000 / Accepted: January 30, 2001     

长江口航道治理研究中数、物模技术的应用

潮汐河口受径流和潮流共同作用.径潮流动力的不同及其复杂的时空变化导致河口的不同区段水沙特性等也明显不同.在河口治理研究和工程实践中必须充分考虑这些特征.河口治理研究应采用数模、物模多种手段综合研究的方法,因数模和物模技术具有不同的特点和适用范围,研究方法及具体评价指标应根据研究区段的水沙特性和研究目的合理选用.以长江口深水航道治理工程的实践为例,介绍数物模综合研究技术的应用及效果.     

复杂水域波浪物理模型与数学模型对比研究

基于MIKE21-BW模块,采用多种概化处理模型,研究了烟台港某工程港内波高分布和波浪传播状况。通过与物理模型进行对比,分析了各概化模型的优缺点,选择较优方案。结果表明:对于整个港池波高分布情况,各方案数学模型模拟结果和物理模型试验结果基本吻合,均能较好反映波高分布趋势及一些较复杂波浪传播变形现象。但其中存在多种波浪组合,同时包括波浪折射、反射、绕射、破碎、爬坡且反射波占主导地位的局部水域,数学模型模拟的波高数值都与物理模型结果相去甚远,说明MIKE21-BW仍不能很好模拟此类复杂波况水域。