摇摆条件下船用蒸汽蓄热器放汽过程数值研究

基于两流体模型和热相变模型,结合考虑附加惯性力的摇摆计算模型,并引入指数压降放汽边界条件,利用CFX软件进行了摇摆条件下船用蒸汽蓄热器放汽过程数值计算。计算结果显示,在摇摆条件下,蒸汽蓄热器放汽压力和温度均快速降低,但摇摆运动对放汽压力和温度参数影响比较小;摇摆运动加强蒸汽蓄热器内汽水两相流体的湍流交混,诱发蓄热器压力场、速度场和温度场分布紊乱;周期性的摇摆运动导致蒸汽蓄热器水位产生剧烈的周期性波动,且波动周期与摇摆周期基本一致。摇摆模型在蒸汽蓄热器两相流数值模拟中的成功应用,可为海洋条件下蒸汽蓄热器热工水力的准确分析提供参考。     

摇摆对窄矩形通道内流量波动特性的影响

为了研究在摇摆工况下船舶流体系统的流量波动特性,建立摇摆实验平台模拟海洋环境,进行窄矩形通道内流量波动特性研究。结果表明,由摇摆运动引起的附加力会使流体系统的流量发生周期性的波动,且波动周期一致。附加切向压降和附加向心压降的波动振幅随着摇摆角度和摇摆频率的增加而迅速增加,然而时均质量流量随着摇摆角度和摇摆频率的增加减小。在摇摆工况下流量的相对波动振幅随着摇摆角度和频率的增加而增加,随着雷诺数的增加而减小。     

冰水两相流对海水管道冲蚀磨损特性数值模拟

针对海冰对海水管道的冲蚀磨损问题,利用fluent中的湍流模型、离散相模型、冲蚀磨损模型对水平直管和90°弯管进行冰水两相流数值模拟,分析在不同水流流速、颗粒质量流量、颗粒直径、冲蚀角度条件下管道的磨损特性。计算结果表明,冰颗粒质量流量增加使直管和弯管磨损增大;随着颗粒直径的增加,直管的磨损增大,弯管的磨损减小;弯管磨损最严重的位置发生在弯管转角处和下游管路的壁面处,而水平直管的上下部均有磨损。     

L型输流弯管自由模态分析

给出了直管在轴向和横向振动的传递矩阵,给出弯曲管道离散模型的节点传递矩阵,推导了在直管与弯管过渡区域的无因次化矩阵.分别计算了末端自由和固定2种边界条件下的输流弯曲管道模态,并与有限元方法计算结果相比较.结果表明,传递矩阵法能有效计算输流管道系统模态,同时流固耦合作用对输流管路模态影响较大,计算时不容忽视.     

不同碰撞角度下水-船-墩流固耦合数值模拟研究

为研究不同碰撞角度下流体对船桥碰撞过程的影响，本文建立了水-船-墩精细化流固耦合模型，流体域采用ALE描述，船-桥结构采用Lagrange描述，通过罚函数算法实现结构-流体间的耦合。通过数值造波结果与解析解对比，验证了数值水池和耦合接触算法的可靠性。随后在0°～45°范围内开展了碰撞数值模拟，并与附加质量模型在能量转化、碰撞力、桥墩内力及位移、船舶损伤及航迹方面进行了对比。结果表明：流体对碰撞力影响较小；附加质量模型会略微夸大桥墩位移，但差别较小；两种模型的船舶撞损差别较大，不考虑流体时将夸大船舶撞损程度，最高可达21%；流体对船舶航迹与姿态会产生显著影响，流固耦合模型中船舶会明显滞后于附加质量模型。     

水平弯管内浆体输送特性的数值模拟

为获得复杂地理条件下管道中固液浆体输送的流动特性及局部阻力损失特性,采用CFD方法建立数值模型,对直管、90°弯管、180°弯管、S形弯管内固液两相流动进行模拟,并将计算结果与文献中实验数据进行对比。结果表明,数值模型得到的计算值与实验值有良好的一致性,在弯管入口处高流速区域靠近管道内侧,沿着流动方向逐渐向管道外侧偏移,对于同一工况,管道局部阻力系数大小依次为180°弯管、S形弯管、90°弯管,且局部阻力系数随流速减小或浆体浓度增加而变大。     

流体管道流固耦合14方程频域传递矩阵法

考虑流体管道的体积力以及流体的横向惯量,忽略管道和流体之间的摩擦效应,导出流体管道流固耦合的14方程模型.利用拉氏变换,把时域方程变换到频域,对频域模型进行推导,方程化为12个一元四阶常微分和2个一元二阶常微分,变换后的方程可以直接进行求解,得到简单直管的频域解析解.把管道始末端的坐标代入解析解,可得到管道始末端的关系,结合结点平衡条件,推导出多管段的频域传递矩阵法.对算例进行仿真计算和分析,并用实验结果来验证计算结果,验证模型和方法的正确性.     

摇摆周期对板式换热通道内汽-液两相流阻力影响研究

板式换热设备越来越广泛应用于船舶换热系统,其内部结构为窄矩形通道,高功率换热条件下,可能形成汽-液两相流,汽-液两相流的阻力特性影响着换热性能。因此,在海洋摇摆条件下,竖直窄矩形通道内汽-液两相流阻力特性研究成为船舶换热方面一个研究热点。实验结果表明,摇摆角度等其他因素不变,阶段性增加摇摆周期,试验段总压力减小,压差变化频率减小,周期性明显增加。通过理论分析,摇摆周期增加,摩擦压降频率和幅值不变;重位压降变化频率减小,幅值不变;附加压降变化频率减小,幅值减小。造成总压降幅值逐渐减小,变化频率逐渐较小,周期性越来越明显。     

海洋条件下非能动余热排出系统运行特性

在海洋条件下,非能动安全系统受船舶运动的影响,将产生随时空动态变化的附加惯性力,进而导致系统的运行特性发生变化。基于自编译系统程序,建立适用于海洋条件下非能动余热排出系统运行特性分析的数学模型,分别对海洋条件下六自由度运动状态的系统运行特性进行了计算分析。研究结果表明:摇摆运动会导致系统运行参数发生周期性的波动,并削弱系统的自然循环能力,其中横摇对系统运行特性的影响最为突出;而在横荡与垂荡工况下,尽管海洋条件引入的附加力会引起系统流量波动,但对系统流量的平均值并不会产生影响。此外,研究还表明,在所分析的运动参数谱的范围内,提出的非能动余热排出系统能正常导出堆芯余热。     

阀门角度对蝶阀后双弯管流场影响的数值模拟研究

本文采用计算流体力学（CFD）数值模拟的方法,研究了不同阀门角度下蝶阀后双弯管模型中的复杂流动现象,并将数值计算的速度云图同流场实验测量结果进行对比验证。分析结果表明：数值计算结果同粒子图像速度场测量技术得到的速度云图基本吻合;阀门角度对流场的影响较大,阀门角度越小,阀板迎背流面的流体扩张也越不明显,模型最大速度减小：阀板前驻点逐渐向阀板迎流面边侧移动,一次分离区减小,而二次分离区先增大后减小;弯管中流体质点二次流、流动分离及流动剪切膨胀等是影响流场的重要因素。     

波浪上托力作用下高桩码头结构的动力分析

通过有限元计算软件ANSYS,对波浪上托力作用下高桩码头结构进行动力分析。研究结果表明：波浪缓变压强 作用下,采用动力计算和采用静力计算得到的码头结构各处的内力基本相同,波浪缓变压强可等效为静力来计算码头结构 内力;波浪冲击压强作用下,采用动力计算得到的码头结构内力明显小于静力计算结果,波浪冲击压作用下的高桩码头结构 宜进行动力分析;由于波浪上托力频率与码头结构自振频率相差甚远,因此其作用下的高桩码头结构不会产生共振现象。     

The development of studying flexible pipe bend reinforced by Kevlar fibers

The flexible pipe bend can not only reduce the structural vibration and fluid noise in pipeline, but also realize the flexible connection of a horizontal line and a vertical line and compensate the displacement of three dimensions produced by the shock or vibration of pipeline in the special situations. Up to now, little attention has been paid to study the flexible pipe bend applied in the pipeline of medium or high pressure, because no appropriate framework materials can be used to reinforce it which must endure the burst pressure higher than 10 MPa. The investigation shows that it is possible to produce the flexible pipe bend of medium or high pressure if such fibers with high performance as Kevlar fibers are used to be its reinforced materials. However, its structural designing theory, manufacturing technology and measuring techniques aren‘t yet perfect and systematic, which leads to the instability of the performance of products. Furthermore, few references about its research can be seen. Therefore, it is necessary to systematically and thoroughly develop the structural designing theory, manufacture technology and measuring techniques of flexible pipe bend.     

周期性波动管流的压降研究

Experiments were conducted to study characteristics of flow when flow is fluctuating. The experimental results showed a phase difference between the flow rate and the pressure drop fluctuations. This phase difference between the fluctuating flow rate and pressure drop was analyzed for laminar flow. Analysis showed that the phase difference changes with the period of the flow fluctuation, the pipe radius, the density and the dynamic viscosity of the liquid. Fluctuating pipe flow was then numerically simulated. Results of the numerical simulation were compared with theoretical values and experimental results. It was shown that, when the flow rate fluctuates with time as a sine wave, the pressure drop fluctuates with the same periodicity, and there is a phase difference between them.     

基于汽机流网一体化的辅助汽轮机建模与仿真

针对基于节点法的辅助汽轮机流体网络传统建模中,在动态过程中存在质量不平衡的问题,不能满足辅助汽轮机组变工况和故障工况特性研究的要求。本文提出了汽机流网一体化建模方法,依据质量守恒和能量守恒原理,采用可变出口导纳模拟不同背压下辅助汽轮机的流网运行情况。以某船舶汽轮燃油泵及其进出口蒸汽管网为研究对象,在MINIS环境下采用汽机流网一体化方法建立了其仿真模型。通过该方法下仿真结果与实际运行数据对比,验证了模型的准确性。仿真结果与传统模型仿真结果进行对比分析,表明了变工况和故障工况下汽机流网一体化模型具有更好的稳定性和动态适应性。     

凝水泵出口压力波动问题机理研究

针对某凝给水系统部分工况下出现的凝水泵出口压力波动问题开展相关研究工作,通过调研系统实际运行参数,采用数值仿真和理论计算进行分析,推导系统汽蚀余量特性方程,获取系统参数对凝水泵运行情况边界条件的影响,进而获取导致凝水泵出口压力波动的原因,并提出相应的控制措施。     

Numerical simulation with a macroscopic CFD method and experimental analysis of wave interaction with fixed porous cylinder structures

Porous structures have been widely applied in the coastal and ocean engineering due to their wave energy dissipation mechanism. The macroscopic computational fluid dynamics (CFD) approach where the quadratic pressure drop condition of porous surface is introduced to model the wave interaction with porous cylinders. A series of CFD simulations of waves interacting with a single porous cylinder and the combined structure of a porous cylinder with a concentric inner solid column are performed, with corresponding tank tests conducted. The CFD method is compared with experiments, linear potential model, and the quadratic BEM (boundary element method) model. The effects of porosity and porous cylinder radius on wave force and wave heights inside porous cylinder are analyzed to evaluate the performance of porous shell reducing wave loads and wave surface elevation, and the wave force variation with incident wave amplitudes are also investigated. The results demonstrate that the established CFD model is reliable for engineering analysis and thereby being of great significance for reference purpose in the CFD simulations of waves interacting with porous structures.     

舰用汽轮三联泵组设计计算

叙述舰船用汽轮机驱动给水-冷凝-增压三联泵组的结构特点、性能参数及各泵的关联,设计计算方法及逼近计算的步骤.     

基于时域的桶型基础海洋平台结构-土壤相互作用分析

桶型基础是一种新型的海洋基础结构型式。在负压作用下的下沉过程中,其结构与地基产生了相互作用。本文从土壤的固结理论出发,应用有限元分析方法,考虑了渗流的影响,对桶型基础结构与土壤的相互作用进行时域分析。应用时域分析的计算结果与模型试验结果进行了比较,获得了比较好的结果。     

耙吸式挖泥船耙吸管系统的受力分析及仿真研究

为预测耙吸式挖泥船远海施工时耙吸管系统在非静态环境中的多体动力学行为,要求准确分析作用在该系统上的力。详细讨论了主要作用力:在波浪补偿器作用下的缆绳拉力、耙头与海床间的土壤剪切力、作用在耙吸管上的水流阻力及由于压力差在耙头处产生的推动力等。并以耙吸式挖泥船为例,根据得出的作用力数学模型,建立了基于ADAMS动力学分析软件的仿真模型进行验证。仿真结果与实际施工情况非常吻合。