舰船尾迹气泡上浮运动的一种表征模型

气泡上浮运动是舰船远程尾迹气泡场特征的重要组成部分。本文首先综合考虑水中气泡上浮与扩散传质这两个相互耦合的因素,构建了能够表征舰船远程尾迹场中气泡上浮运动的数学模型：进而利用该模型计算分析了远程尾迹气泡场气泡数密度的变化情况,计算值与实验结论吻合良好,表明了该模型的正确性与应用价值。     

有限水域水中爆炸气泡脉动的数值模拟

为研究炸药在有限水域内的气泡脉动规律,在Ansys AUTODYN程序内建立相应的计算模型,该模型考虑静水压力梯度和包括自由面、侧壁和水底在内的边界条件。以Pentolite炸药为例,计算其在Φ12 m×9.5 m爆炸水池内的水中爆炸过程,计算得到的气泡脉动周期与试验结果相吻合。基于该模型,可以计算炸药在有限水域中的气泡脉动过程,对于炸药水中爆炸气泡脉动研究具有参考价值。     

柴油机活塞的低周热疲劳寿命预测与安全性评价

运用ＡＤＩＮＡＴ和ＡＤＩＮＡ程序计算了１２Ｖ１８０和４２－１６０柴油机活塞的轴对称温度场和循环弹塑性应力应变场以及Ｍｉｓｅｓ当量应力应变场。根据“起动－停车”波形，采用带环状缺口的圆柱形试件，进行了热疲劳和高温低周疲劳模拟试验试验和计算表明：当量应变范围与疲劳寿命之间存在着Ｍａｎｓｏｎ－Ｃｏｆｆｉｎ公式关系，且不受试件结构形状和尺寸的影响；     

基于数值模拟的船艏抗气泡性能分析

对船舶静水中航行问题进行了CFD数值模拟,分析了船艏抗气泡性能。为获得船体周围气泡分布规律,在船前来流中添加气泡,并基于拉格朗日描述法追踪气泡的运动。根据计算得到的气泡分布特点,通过修改船艏线型改善了船舶的抗气泡性能。此外,开展了模型试验,通过船体表面的流线验证了数值模拟方法的可靠性。     

基于水中气泡特性的舰船应用技术

水中气泡广泛应用于化工、环境及海洋等工程实践中,其动力学特性及与周围流体的相互作用是气液两相流领域研究的热点。本文分析了水中气泡的基础特性,以及少量存在的气泡对流场声学、光学等特性的影响,探讨了基于上述特性的舰船隔声降噪、舰船减阻、舰船尾流抑制等技术,可为水中气泡在船舶领域应用的进一步拓展提供参考。     

平板微气泡减阻预报及影响因素研究

假定气-液两相流均匀混合,且微气泡在水流中存在滑移,运用流体计算软件Fluent中的混合多相流模型对平板微气泡减阻过程进行数值模拟,研究了微气泡流的减阻机理及喷气速度与主流速度之比、微气泡大小、空隙率分布等对水中运动平板减阻效果的影响规律,并指出微气泡减阻率为喷气速度与主流速度之比的非线性对数函数,且存在相对饱和喷气速度,同时建立了一个平板微气泡减阻率大小的预报模型,并从理论上对减阻效果进行了预报。     

化学药剂产生微气泡用于水中兵器降阻

对国外利用微气泡降低水中兵器阻力的研究进行了介绍，提出了利用化学药剂产生微气泡降阻的途径，并进行了初步论证。     

水下爆炸载荷特性数值计算方法

为了更好地研究水下爆炸冲击载荷,通过数值模拟的方式模拟水下爆炸过程中产生的爆炸冲击波和气泡脉动2种原生载荷。运用有限元软件AUTODYN建立一维炸药-水域模型模拟炸药爆炸产生的爆炸载荷,通过对比经验公式对有限元模型可靠性进行验证,计算结果与经验公式误差不超过15%。同时研究了爆距、炸药当量和水深等变量对水下爆炸冲击波以及气泡脉动的影响。     

航行体头型对气泡附着影响的数值研究

水下航行体穿越水中膨胀气泡时,气泡在一定条件下有可能附着在航行体上形成附着空泡,从而改变航行体水动力性能,为此开展了头型因素对气团附着空泡影响的数值研究。利用数值模拟方法计算了四种头型航行体穿越膨胀气团的过程,结果发现头型是影响气泡附着的重要因素:对于分离角较大的钝头型,气泡容易附着在航行体上形成附着空泡;对于分离角较小的细长头型,气泡受到扰动后就很快与航行体分离而不会附着。     

消除舰船尾迹的装置

当军舰在大海中航行时，空气被卷入水中，并随着螺旋桨的转动而形成无数气泡。水中的大气泡由于浮力较大，存在的时间很短，但小气泡则能跟随军舰的尾迹存在很长时间，正是这些小气泡把军舰的踪迹暴露给空中侦察者。     

多几何缩比的水下爆炸试验换算律

受试验场地条件限制,试验设计不得不采用多个几何缩比时,水下爆炸相似律将不再适用.本文从能量角度给出以水下爆炸动响应试验为目标的模型缩比设计换算律,能在一次试验过程中同时获取一次冲击波和气泡二次压力波冲击环境的测值.     

水下爆炸试验相似准则

水下爆炸现象很复杂,根本不可能做到完全性的相似,哪怕做到一般船舶力学中的流体近似相似也相当困难.因此文献中有关水下爆炸相似律的描述就显得特别简单、笼统和模糊.文章首先对已经公认的一次冲击波的相似律作些解释,说明对一次冲击波的相似律也就是这些了,否则只能做原型试验,再对文献中没有出现过的气泡脉冲相似律的选择作了推导,最后将水下爆炸相似律拓广到与结构耦合上去.     

气泡运动与舰船设备冲击振动关系的试验验证

由于水下爆炸和舰船动态响应的复杂性,对舰船水下爆炸动响应的认识的深刻程度主要来自试验现象和试验数据的分析.由于水下爆炸冲击波和二次压力波早已在水下爆炸试验测量中被发现,因此,在舰船和设备水下爆炸动响应的理论分析和计算过程中只将药包水下爆炸的冲击波作为主要外力,有时也考虑二次压力波的作用.也有人在研究中发现,气泡的运动有时对于舰船设备的运动是重要的.作者于1995年在浮动冲击平台水下爆炸试验中发现"水下爆炸气泡膨胀产生的滞后流是使安装频率为数十赫兹的舰船设备产生冲击振动的主要能源".近年来,发表的水下爆炸气泡运动的研究文献增多,但是,基本没有涉及气泡运动与舰船设备冲击振动的关系.在2003年的圆筒模型水下爆炸试验研究中,作者从另一种角度,用更加简明有力的证据,验证了上述结论.显然,这一发现不仅对于建立正确的理论计算力学模型有重要作用,甚至对于舰船防护的研究乃至水中兵器的研究都有着重要意义.     

低速物体入水溅落声特性研究

在水池中利用声压水听器和矢量水听器对实验模型低速入水产生的溅落声进行了一系列测量实验,对低速物体溅落声信号的波形特征、声源强度随入水角的变化规律以及频谱特性进行了初步分析,并给出了一些实验结果.     

水下爆炸冲击波和气泡脉动的数值模拟研究

运用AUTODYN程序对水下爆炸冲击波和气泡脉动进行了数值模拟研究.首先模拟了无限水域中的水下爆炸冲击波,然后将深水爆炸简化为一维问题,采用一维方法对深水爆炸冲击波和气泡脉动进行了数值模拟,并将模拟结果与经验公式和实验结果进行了比较.模拟结果表明,AUTODYN能准确模拟近场水下爆炸冲击波和深水爆炸气泡脉动过程,计算得到的近场水下爆炸冲击波峰值压力和比冲量、水质点速度、气泡最大半径、脉动周期、二次压力波的峰值压力和比冲量等特性参数均与经验公式、理论公式和实验结果吻合良好.远场的冲击波峰值压力的计算值小于经验值,而且计算误差随着爆距的增加而增大.最后总结了模拟结果,得出了对工程应用有益的结论.     

基于虚拟仪器技术的热工参数测控系统设计

按照热气机海水冷却和废水排放试验的要求，基于虚拟仪器技术提出了合理可靠的测控方案，并成功开发了1套用于这一特定实验环境的测控软件，该测控系统在实验过程中取得了良好的效果，为解决热气机海水冷却和废水排放过程中的气泡和噪声问题提供了准确的实验数据。     

单排与双排气幕防波堤消波性能数值模拟

将气液两相流看成是变密度单流体,以连续方程、雷诺平均方程和磊叩模型为控制方程,采用VOF方法追踪两相流界面,通过UDF在连续方程中添加附加质量源项的方法,建立了气幕防波堤数学模型。通过数值计算得到的波浪透射系数同试验数据吻合较好。在此基础上讨论了不同原型入射波浪要素、不同气幕间距以及不同供气量等对单排与双排气幕防波堤消波性能的影响,进而通过分析得出相应的结论,为气幕防波堤的设计提供有意义的依据。     

舰船水下爆炸鞭状运动中的阻尼效应

舰船在水下爆炸气泡脉动压力作用下将产生鞭状运动冲击响应。为了掌握冲击响应的衰减规律,建立了舰船结构、设备、水舱内流体和外部流体等在振动和晃荡过程中的阻尼效应动力学模型,并编写程序对是否考虑上述阻尼效应的舰船鞭状运动响应进行了数值计算。研究结果表明,对于具有相对较大质量的内部设备和水舱的舰船来说,上述阻尼效应对舰船水下爆炸鞭状运动的衰减起到重要的作用,如不予以考虑有可能造成对舰船鞭状运动响应幅值的高估。     

Hydrothermally degraded carbon fiber / epoxy plates subjected to underwater explosive loading in a fully submerged environment

An experimental and computational investigation was conducted to evaluate the underwater blast response of fully submerged carbon fiber composite plates after prolonged exposure to saline water. The material was a biaxial carbon fiber/epoxy composite with a [±45°] fiber orientation layup. The plates were placed in a saline water bath with a temperature of 65 °C for 35 and 70 days, which simulates approximately 10 and 20 years of operating conditions in accordance to Fick's law of diffusion coupled with Arrhenius's Equation and a reference ocean temperature of 17 °C. Underwater blast experiments were performed in a 2.1 m diameter pressure vessel. The composite plates were placed in the center of the vessel while fully submerged in water, and an RP-85 explosive was detonated at a standoff distance of 102 mm from the center of the plate. Two cases of fluid hydrostatic gage pressures were investigated: 0 MPa, and 3.45 MPa. Two high speed cameras were utilized for three-dimensional Digital Image Correlation, which provided full-field displacements and velocities of the composite plates during underwater blast loading. A third high speed camera captured the behavior of the explosive gas bubble. Moreover, the pressure fields generated by the explosive detonation and resulting gas bubble were recorded with tourmaline pressure transducers. A water diffusion study was completed which showed that the diffusion of water into the composites reached a point of complete saturation after 35 days of exposure. Quasi-static material characterization tests were performed before and after prolonged exposure to saline water. The properties obtained from quasi-static testing also served as material inputs for the numerical models. The quasi-static test results showed that the tensile modulus E_1,2 does not change with exposure to saline water, whereas the in-plane shear modulus G₁₂ decreases with saline water exposure. During blast loading, for the case of 0 MPa hydrostatic gage pressure, the gas bubble interacts with the composite plate substantially. In such an event, the out of plane displacement increased for saline water exposed plates when compared to virgin structures. For the case of 3.45 MPa hydrostatic gage pressure, the gas bubble does not visibly interact with the composite plate. In this case, the out of plane displacement for specimens exposed to saline water was similar to the virgin specimen. A fully coupled Eulerian–Lagrangian fluid structure interaction simulation was performed by using the DYSMAS code. The numerical simulations showed that the displacement of fully submerged composite plates is driven by the displacement of fluid, as well as the size of the gas bubble formed by the explosive rather than the peak pressure generated by the explosive. The numerical simulations were in agreement with the experimental findings in terms of pressure history and plate deformation.