封闭式综合集成桅杆风载分布特性研究

为了提高舰船的隐身性能,现代舰船已逐渐开始采用封闭式综合集成桅杆,因此研究典型封闭式综合集成桅杆的风载分布具有重要意义。利用计算流体力学软件对典型的正八面体封闭式综合集成桅杆风载分布进行数值模拟,研究了风向角为0°、12°及22.5°、雷诺数在2.92×106至1.55×107范围内桅杆的风载分布,分析平均压力系数、脉动压力系数及斯特哈尔数随雷诺数的变化规律,以及平均压力系数和脉动压力系数沿桅杆垂向和周向的分布规律。结果表明:平均压力系数和脉动压力系数均随雷诺数的增加而趋于稳定,且其沿桅杆垂向基本呈均匀分布而沿桅杆周向变化较大。     

三维陷落腔脉动压力分布特性实验研究

文章针对均匀流场中三维深型陷落腔因流分离而产生的流激振荡问题开展了一系列的实验研究.在来流流速为0攻角时实验时的雷诺数变化范围:Re=1.55×105～8.74×105.实验中分别测量了三维深型陷落腔侧壁周向及垂向流体压力,分析了腔体内脉动压力周向、垂向的分布规律及腔口处剪切层自持振荡特性.实验结果表明:均匀流场中三维深型陷落腔内脉动压力分布较为复杂.在剪切层随边处的脉动压力最大,随边角点处脉动压力随相对高度的增加而陡降为0,但腔口导边及侧面处的脉动压力随相对高度增加而略有增大.剪切层自持振荡频率的无量纲数St数随Re变化为一常数值,但其值比气流场中二维陷落腔的St数略大.     

不同攻角时等高型陷落腔流激振荡特性研究

针对均匀流场中三维等高型陷落腔因分离流而产生的流激振荡问题开展了系列的实验研究。实验过程中分别考虑了来流攻角为0°和15°时、雷诺数变化范围(Re=2.06.105～1.16.106)时三维等高型陷落腔的流激振荡特性。实验中分别测量了三维腔体侧壁周向及垂向流体压力,在分析腔体内稳态压力和脉动压力的周向、垂向分布规律及腔口剪切层自持振荡特性的基础上,研究了攻角对流体压力分布和剪切层振荡频率特性的影响。实验结果表明:均匀流场中三维陷落腔内部压力分布复杂且当雷诺数大于某值时腔体内稳态压力全都呈现出负压,同时来流攻角的增加使腔口导边、随边和腔体内稳态压力明显地减小,顶流点处的稳态压力随相对高度增加先减小后增大。攻角的增加使剪切层振荡频率减小,但并未影响剪切层振频无量纲St数随流速的变化规律。     

特种筒形桅杆风压试验

锥形筒形桅杆是一种新型桅杆 ,由于其结构的特点 ,风载可能对它产生较大的威胁。通过四面锥状筒型桅杆的风洞试验 ,研究了桅杆模型在不同风向下 ,在雷诺数 1 .7× 1 0 5 Re 7.8× 1 0 5的范围中 ,其周向与轴向的表面压力分布 ,给出了桅杆模型表面压力系数沿周向与轴向的变化规律 ,并作了分析 ,阐明了其与风向、雷诺数之间的关系。通过桅杆模型表面压力的周向积分 ,得到了模型的升力与阻力 ,导出升力系数与阻力系数 ,并分析了二者随雷诺数及风向的变化规律。试验分析结果表明 :压力系数沿轴向的分布不均匀 ,靠近桅杆模型的中间部位 ,压力系数较大 ;在桅杆模型的两端 ,压力系数较小。压力系数沿周向的分布与风向有关 ,在迎风面上 ,压力系数最大 ,在背风面上 ,压力系数最小。升力系数与阻力系数也与风向密切相关 ,并且随着风向的变化 ,有较大的变化。在筒型桅杆设计中 ,应充分考虑到风向变化所引起的风载变化。     

不均匀流场中非空泡螺旋桨诱发的脉动压力场计算(英文)

本文介绍了一种基于升力线理论考虑升力面修正的准定常处理方法及相应的计算程序。应用此方法,可计算不均匀流场中非空泡螺旋桨一系列水动力性能的周向径向分布;脉动轴承力的各阶幅值及相位分布可以得解;由叶片厚度、叶片动态及静态负荷所诱发的自由空间脉动压力场利用源汇分布及压力偶极子分布亦可得解;数值计算表明该方法所计算的敞水性能及脉动轴承力与试验结果吻合良好。本方法可用于螺旋桨在均匀及不均匀流场中的性能预估及脉动轴承力六分力的理论预测,亦可用于进行非空泡螺旋桨在不均匀流场中诱发的自由空间脉动压力场计算。另外,本方法还可用于计算不均匀伴流场中各切面遭遇的脉动攻角及相应空泡数,以之作为输入数据可进一步依理论计算片空泡的几何形状,是空泡螺旋桨激振力计算的重要基础。     

风载作用下综合集成桅杆动态特性实验研究

综合集成桅杆采用复合材料层合板制造,在风载下的动力性能相比传统桅杆有很大改变.通过水池拖曳实验模拟桅杆受风载时的动力特性,测试压力和加速度等动态响应,分析复合材料层合板的力学特性,并与数值计算结果进行对比分析.结果表明:综合集成桅杆在迎风时的动力响应最大;桅杆复合材料层合板的实验值和计算值吻合良好,其应力值和位移值随载荷的增加呈线性变化,桅杆在流体中运动时不会发生共振.     

压力式喷嘴在压力脉动下性能的研究

以机械压力喷嘴为研究对象,应用VOF模型对脉动压力下的喷嘴内部流场进行了数值模拟,分析了喷嘴在脉动压力下的流量、雾化角等特性。结果表明：脉动压力下瞬时流量和雾化角呈现相同频率的脉动,且平均流量基本在设计流量附近。流量的振幅随脉动频率的变化,呈现出先增大后减小的趋势,并在400Hz时达到最大值;入口压力与出口流量的相位差随频率的增大而增加,且近乎线性关系,脉动压力的幅值对相位差影响不大。     

空泡对喷水推进器流道脉动压力影响的试验研究

为研究空泡对喷水推进器流道脉动压力的影响,该文以某一轴流式喷水推进器为对象,在空泡水筒中开展脉动压力模型试验研究。为使试验尽可能接近喷水推进器在实船上的工作状态,在空泡水筒上搭建了专用试验台,利用空泡水筒试验段模拟船底水流和推进器进口流道,从而在试验段上方构建喷水推进器旁路试验装置。试验在不同流量及空泡数下进行,通过测量喷水推进器叶轮段流道内壁的脉动压力,并优化测点布置,研究流道脉动压力沿叶轮叶梢弦长方向和周向的分布规律以及空泡的影响。试验结果表明：在叶梢弦长方向上,空泡对流道脉动压力的影响主要集中在0～50%弦长区域;周向脉动压力最大值出现在进口流道及叶轮轴引起的低流速区,而空泡对周向脉动压力的影响也集中在此区域。     

带前置支撑导管桨导管脉动压力特性试验研究

应用微型脉动压力传感器对某带前置支撑导管桨航行器的导管脉动压力进行了测量,介绍了试验设备、试验方法和数据处理方法,并分析了导管脉动压力的频域特性,获得了脉动压力沿导管内壁周向和轴向的分布规律,以及水速、桨叶主参数对导管脉动压力的影响,可为推进器性能优化设计提供必要的数据支撑。结果表明:导管脉动压力线谱主要与桨叶叶频倍数相关,以一阶叶频为主;导管桨盘面处各周向测点脉动压力量值相当,无明显差异;轴向位置导管脉动压力在桨叶梢部弦长中点附近处最大,沿轴向随距离增加衰减迅速,且在导管出口段衰减比入口段更快;不同水速时导管脉动压力分布规律一致,随水速变大导管脉动压力迅速增加;桨叶直径与最大导管脉动压力之间线性关系显著。     

三维圆柱体绕流数值模拟流场选择及网格划分

文章通过数值模拟结果确定适合的三维圆柱体绕流流场的尺寸,采用不同的计算流体力学(CFD)软件对有限元模型进行网格划分,对比网格划分质量的优劣,选择适合数值模拟的软件CFX。确定采用的网格形式为六面体网格(Hex8)以及流场不同部分网格的尺寸。圆柱绕流展向各截面平均压力系数沿周向无明显变化,脉动压力系数变化显著,绕流后的旋涡发放形式具有明显的三维特性的数值模拟结果验证了本文的流场选择和网格化分尺度的合理性。     

基于DES方法的三维圆柱受迫振动数值模拟

基于OpenFOAM平台对雷诺数3900下的三维固定圆柱绕流和雷诺数30000下的三维圆柱受迫振动进行数值模拟,对湍流的模拟采用SA-DDES离散涡模型.针对三维圆柱绕流问题,采用PISO算法耦合求解速度-压力场,对圆柱绕流的基础参数如St数、平均阻力系数和平均升力系数等与试验进行了比较,结果吻合良好.针对三维圆柱受迫振动问题,采用PIMPLE算法耦合求解速度-压力场,对不同频率下振幅比为0.3的阻力系数、尾涡形态进行了计算,阻力平均系数与实验值相比吻合较好.     

海洋平台风载荷的数值分析

风载荷是海洋平台主要的设计载荷,常规的规范算法在结果上偏于保守。本文基于N-S方程(Navier-Stokes)方程对某自升式钻井平台进行了风载荷的数值分析,控制方程—RANS(Reyolds Averaged Navier-Stokes)和连续性方程使用有限体积法离散。在此基础上,对数值分析中湍流模型选择及网格划分方法进行了讨论,分别采用CFX及FLUNET软件对海洋平台整体及单个构件的风载荷和形状系数进行了研究。     

不同纵摇轴位置下的二维柔性鳍推进性能与流场特性研究

利用FLUENT软件数值计算了二维柔性鳍作升沉纵摇运动时的推力系数及推进效率，探讨了修正Bose变形方程、均匀载荷和非均匀载荷悬臂梁变形方程等三种柔性模式下纵摇轴位置对摆动鳍推进性能的影响，其中纵摇轴在尾缘处能够获得更大的推力，而最高的推进效率分别对应修正Bose模式下纵摇轴距首缘1／3弦长处和悬臂梁柔性变形模型下纵摇轴距首缘2／3弦长处．同时计算分析了斯特劳哈尔数、最大攻角等参数对柔性鳍水动力性能的影响，建立了最大推力系数和最高推进效率所对应的参数区间，其中低St数的最高推进效率发生在低αmax，高St数的最高推进效率发生在高αmax．     

三角型塔架结构风压数值分析

黄骅港综合港区进港航道的前、后导标均采用组合三角形管桁架结构,通过CFD数值模拟方法分析塔身、标牌和检修平台等部位的受力情况,计算其表面风压系数和风振系数,并与现行建筑荷载规范的取值进行比较,采用合理的风载体型系数和风振系数能使导标结构设计更加安全可靠.     

复合材料桅杆应力分布特性及其极限载荷研究

船用复合材料桅杆采用新颖的八边形筒形结构,复合材料夹层板对于桅杆来说也是一种创新探索,对其应力分布特性和极限载荷的研究具有实际意义。通过力学分析,给出了桅杆在真实环境中所受到的三种载荷具体形式,并采用流体动力学方法,模拟出三种载荷共同作用下复合材料结构的受力响应情况,由此得到其应力分布规律。再通过大量计算得到不同蒙皮和芯材厚度下胶层应力随风速变化曲线,由此得到该种复合材料夹层结构在常用厚度范围内的极限载荷统计规律,以供参考。     

二维Oseen流中潜体产生的非定常表面波

本文考虑无限深不可压粘性流体中潜体产生的非定常表面波.受扰流动由非定常Oseen方程控制,对自由面上的波动则采用线性化边界条件,物体用具有周期振荡强度的Oseen极子模拟.通过Fourier变换,自由表面波的精确解表示为带复变色散函数的积分式,波动力学性质由Reynolds数和Strouhal数刻画.运用Lighthill定理,导出了亚临界和超临界Strouhal数时表面波的远场解的渐近式.结果显示,振荡Oseen极子生成的波动包含稳态和瞬态响应.对于亚临界Strouhal数粘性流动,存在四列波,三列在下游区域传播,一列在上游区域;对于超临界Strouhal数粘性流动,仅有在下游区域传播的二列波.     

大跨度船库结构风荷载分布规律研究

采用刚性模型测压试验研究全天候大跨度船库的风荷载分布规律,讨论了高水位、低水位、有船舶停靠、无船 舶停靠4种工况下风压分布特点。结果表明：船库结构内压随风向角变化明显,对结构风荷载影响很大;结构开口造成部分 风向角下结构内表面正压从而增强了结构表面的风吸力;不同干扰状况下结构的风荷载不同,其中低水位无船舶停靠时的 风荷载最大。     

具有自由液面效应的圆柱绕流三维数值模拟

基于计算流体力学软件CFX、应用RNG k-ε湍流模型、结合流体体积法(VOF法)模拟均匀流场中半沉浸三维圆柱运动,分析自由液面对圆柱尾迹以及圆柱表面水动力特征参数的影响。结果表明:在自由液面流场中,雷诺数较高时,自由液面对流场流动的影响较小;而雷诺数一定时,自由液面对流场的影响随着傅汝德数的增加而增加;在自由液面作用下,圆柱的时均阻力系数和时均压力系数随流场的傅汝德数和雷诺数的增加而减小。