潜艇螺旋桨直接辐射噪声的数值计算

采用计算流体力学与声学边界元方法相结合求解了潜艇尾部大侧斜螺旋桨的直接辐射噪声.与一般螺旋桨噪声计算不同的是,螺旋桨非定常计算时引入了潜艇尾部桨盘面的速度分布作为非均匀来流,能够提供更加真实的螺旋桨脉动压力源场.提取桨叶表面的声偶极源项后,采用边界元方法,求解FW-H方程,得到了螺旋桨空间测点的声压谱和总声级.桨盘面速度分布由全附体潜艇粘性流场数值计算得到,其可信性由艇体表面的压力系数与试验值的比较给予了验证.螺旋桨数值模型的可信性由敞水特性预报值与试验值的比较进行了验证.     

超小型水下机器人通过狭窄隧道的水动力性能

采用动网格与滑移网格结合技术,以计算流体力学方法对超小型水下机器人通过狭窄隧道进行探测作业时的水动力性能变化进行数值模拟.计算结果表明:超小型水下机器人通过隧道时,狭窄的隧道使水下机器人周围的流场空间受限,会对其导管螺旋桨产生的推力造成十分显著的影响.刚进入隧道时,导管螺旋桨产生的推力会产生一个剧烈的波动,由于在隧道中,空间狭小,使得螺旋桨前方的伴流显著减小,其推力数值会变小.     

水下潜器不同转艏方式下导管螺旋桨水动力特性

采用计算流体力学的方法计算了水下潜器主体在正弦和线性两种转艏方式下导管螺旋桨水动力性能,计算结果表明:当水下潜器主体从不同的方向摆动至同一位置时,导管螺旋桨进速、轴向速度和轴向诱导速度都不一样,逆时针方向转艏时大于顺时针方向;水下潜器按正弦转艏时,导管螺旋桨盘后轴向速度以及轴向诱导速度均大于按线性转艏的情况;潜器主体正弦摆动时,导管螺旋桨的推力大于线性摆动时,且均小于固定情况.     

CFD技术在螺旋桨敞水性能预报中的应用

阐述了螺旋桨粘性流场中敞水性能预报的步骤和方法.包括螺旋桨二维型值转为三维型值的计算方法、螺旋桨三维建模中的注意事项、计算域的选取、网格划分方法、边界条件设置方法等.以某定距桨为例,通过分块划分混合型网格,采用CFX软件预报了桨的敞水特性,计算值与试验值比较,能够取得较高的计算精度,基本满足工程使用的需要,从而验证了该方法的可行性和适用性.     

CFD在船舶两种不同推进器中的应用研究

根据船舶螺旋桨和喷水推进器工作的特点,界定了两者数值计算流场控制体的范围.运用结构化与非结构化网格相结合的方法对流场计算区域进行网格划分.通过求解雷诺时均的控制方程,预报了2种推进器的外特性,分析了2种推进器流场的特点,比对了预报结果和试验数据间的吻合程度.比较了CFD在2种推进器上应用的不同点,说明了CFD在螺旋桨和喷水推进上应用的可行性与优缺点.     

操纵运动船体三维粘性流场及水动力计算

船舶与土木工程系邹早建教授主持的科研项目“操纵运动船体三维粘性流场及水动力计算”,得到教育部资助. 项目简介如下. 1. 研究目标、研究内容和拟解决的关键问题 项目研究的目标是通过对操纵运动船舶三维粘性流场及水动力数值计算方法的研究,开发出一套操纵运动船舶三维粘性流场及水动力计算的计算机软件.研究内容包括：采用RANSE对作操纵运动船舶的粘性流动进行数值计算,以便精确地预报定常斜航和定常回转情况下的复杂流动现象,如三维流动分离和分离涡,精确地预报操纵运动船舶的水动力;开发出操纵运动船舶粘性水动力计算的CFD程序,并对CFD计算的不确定性和有效性进行分析. 项目拟解决的关键问题主要有四方面,首先是如何生成高质量的计算网格问题;第二是湍流模式的选择与应用问题;第三是如何在计算中计及自由面兴波影响;最后是数值特性分析与计算结果的可视化问题. 2. 项目特色与创新之处 项目属于应用基础研究,其创新之处体现在如下几方面：研究网格拓朴结构、网格-类型与数值结果的依赖关系;复杂几何结构（如船体、附体）分区结构网格生成;湍流模式的选择与应用;三维RANSE的离散求解和粘性数值方法特性分析等. 科技处（余区办）章爱武     

基于面元法及模型试验的船舶螺旋桨噪声预报方法

对某船螺旋桨噪声进行了预报.高频噪声预报采用模型试验方法进行.在国家重点试验室大型循环水槽中完成了桨模高频噪声的测量,测试结果经量纲一的量方法换算至实船.采用面元法计算非定常力,通过力与声级的关系换算出低频离散谱噪声.求解出螺旋桨随机连续性力.然后换算出低频连续谱噪声.从预报结果总结出螺旋桨噪声随频率的变化规律以及速度对噪声的影响.     

制造超差对喷水推进器水动力性能影响的CFD分析

采用计算流体力学方法对喷水推进器水力性能进行了预报,以判别制造过程尺寸超差对喷水推进器水动力性能的影响.建立由喷水推进器内流场与船体外流场构成的计算区域,用6面体结构化网格划分泵内流场,采用4面体网格对进水管道和船底区域进行划分.对整个喷水推进系统的三维粘性湍流流场进行了数值计算.计算结果既可用于分析喷水推进器内部流场的流动细节,也可用于推力、功率、效率等外特性参数的预报.     

复杂流态下系泊船的水动力特性研究

为研究复杂流态下系泊船的水动力特性, 在最佳系缆方式未知的情况下, 通过约束船舶横荡、 纵荡、 艏摇三个方向的运动近似替代缆绳的约束作用, 建立系泊船简化模型。 在完成网格无关性和数值方法可靠性验证的基础上, 对常规流态以及复杂流态下系泊船的粘性流场进行数值模拟, 分析系泊船水动力系数和运动响应的变化规律。 结果表明： 随着水流流速的增大, 纵向力系数变化受到水流流向角的影响明显, 横向力系数及艏摇力矩系数变化较小, 垂荡、 纵摇、 横摇增大; 随着水流流向角的增大, 纵向力系数变化较为复杂, 横向力系数增大, 艏摇力矩系数先增大后减小, 垂荡、 纵摇、 横摇增大; 复杂流态下和一定流向角水流下系泊船的水动力系数和运动响应较为相似。     

基于VBA的螺旋桨流固耦合数值模拟

针对近年来广受关注的船用螺旋桨水弹性问题,采用面元法（BEM）进行螺旋桨水动力分析,基于有限元（FEM）进行桨叶结构分析,在Excel VBA环境中借助于Shell函数分别调用BEM代码和FEM模块,实现了螺旋桨稳态性能的双向流固耦合数值模拟.算例对DTMB4119桨分别采用＂刚性＂铝青铜和＂弹性＂S玻璃纤维两种各向同性材料进行了求解,计算结果表明,弹性桨变形量远大于刚性桨,变形形态以轴向和周向的弯曲为主,体现为侧斜和纵倾的改变;桨叶螺距基本不发生变化,其水动力性能与＂刚性＂桨保持一致,两者的应力分布也基本相当.相关研究结论可为后续复合材料螺旋桨水弹性分析与设计工作提供前期基础.     

非均匀流场中桨叶剖面设计方法

给出了非均匀流场中螺旋桨桨叶剖面的设计方法，提出了保持剖面空泡特征不变的等效运转曲线的思想，并创建了等效运转曲线的确定方法．基于等效运转曲线设计的桨叶剖面能有效地控制空泡范围和空泡类型，得到期望的空泡性能．剖面采用母型剖面方法来设计，进而可确定桨叶弦向环量分布，然后由升力面理论设计三维桨叶的几何形状．通过实例螺旋桨的设计，说明本方法是合理和有效的．     

螺旋桨无空泡噪声的研究

文中建立了一套时域范围内螺旋桨无空泡噪声的预报方法：将基于速度势的非定常面元法计算的螺旋桨表面压力分布作为无空泡噪声计算的输入量,采用声学FW-H方程的Farassat公式获得声压的时间历程,再通过离散傅里叶变换得出噪声的频谱图.通过对计算结果的比较和分析,得出螺旋桨在无空泡状态下,厚度噪声要比载荷噪声小得多,可忽略不计.载荷噪声和厚度噪声具有明显的指向性,载荷噪声声压级在桨轴方向最大,在桨盘面方向最小.     

Study of tunnel thruster performance and flow by quasi-steady Reynolds-averaged Navier-Stokes simulation

A numerical approach based on the solution of the Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) equations using the shear-stress transport(SST) turbulence model has been employed to investigate the hydrodynamic performance and flow of tunnel thrusters.The flow passages between adjacent blades are discretized with prismatic cells so that the boundary layer flow is resolved down to the viscous sub-layer.The hydrodynamic performances predicted by the quasi-steady approach agree well with the experimental data for three impellers covering a range of blade area and pitch.Through analysis of the flow field,the reason why the hub of impeller also contributes to thrust which can amount to 40%—60% of the impeller thrust,and the mechanism of the impeller inducing an axial force on the hull are elucidated.     

回转体尾部形状对导管螺旋桨的水动力性能影响分析

不同的水下航行器尾部线型的差异不仅会表现出自身不同的水动力性能,而且由于尾部线型的不同,也会引起尾部螺旋桨附近的流场发生变化,进而影响螺旋桨的推力性能.本文以尾部安装了导管螺旋桨的Myring型回转体水下航行器组合模型为分析对象,以计算流体力学为手段,通过调整回转体线形的控制参数尾部离去角来改变尾部外形,计算了不同航速下,4个不同尾部外形的回转体阻力与设置在回转体尾部的导管螺旋桨推力状态的变化,分析了尾部曲线形状对于导管螺旋桨推力性能的影响,并结合回转体自身的水动力性能变化,针对不同航速下的回转体尾部线型的选取提出了优选方案.     

附体在不同布置下的潜艇尾流场数值模拟

文章以SUBOFF潜艇模型为研究对象,对附体相对主艇体处于不同位置下的尾流场进行了数值模拟计算。采用k-w湍流模型,求解RANS方程得到附体处于不同布置位置下的尾流场分布,计算结果以桨盘面不同半径处的轴向无量纲速度和不均匀度系数给出。通过对计算结果的比较,分析了附体的布置位置对潜艇尾流场的影响。     

基于半模型的高速列车远场气动噪声计算方法

随着高速列车运行速度的提高，其气动噪声问题逐渐凸显，如何准确快速预测高速列车的远场气动噪声成为关键.利用半自由空间的Green函数求解FW-H方程，推导了考虑半模型时的远场声学积分公式，提出通过半模型的数值计算结果预测全模型高速列车远场气动噪声的方法；建立了全模型和半模型高速列车的气动噪声数值计算模型，应用改进延迟的分离涡模拟方法对不同模型高速列车表面的气动噪声源进行求解；通过风洞试验进行了全模型高速列车的数值仿真计算方法验证；对比分析了全模型和半模型高速列车周围的流场结构、气动噪声源和远场气动噪声特性.结果表明：半模型高速列车数值计算得到的列车周围流场结构、气动噪声源以及远场气动噪声特性与全模型的一致；采用半模型计算会过高估计列车尾车流线型区域表面压力的波动程度和噪声源的辐射强度，但通过半模型预测整车模型的远场噪声平均声压级误差小于1 dBA；相比于全模型高速列车，半模型计算时的网格总量减少一半.