斜流下螺旋桨空泡及脉动压力数值预报研究

空泡性能是船舶螺旋桨重要的水动力性能之一。由于桨轴存在倾斜安装角，船舶在水面航行时，螺旋桨的进流条件主要为斜流工况。为研究斜流工况下螺旋桨的空泡形态及空泡脉动压力特性，论文基于黏流CFD方法针对PC456螺旋桨标模开展了斜流下螺旋桨空泡及脉动压力数值模拟研究，并与大型空泡水筒中的斜流螺旋桨空泡试验结果进行了比较。结果表明，数值预报的空泡形态、面积和平板表面脉动压力与试验观测及测量的结果吻合较好，验证了数值模拟方法的可靠性。     

基于湍流脉动压力的波数——频率谱预报流噪声

[目的]根据Lighthill声类比方程及其发展理论,可以将壁面湍流脉动压力的波数—频率谱作为声源项来预报流噪声,且分析湍流脉动压力的波数—频率谱有助于了解湍流结构的时空关联特性。[方法]以NACA0012翼型为例,采用大涡模拟(LES)方法进行流场仿真计算,然后通过Fourier变换得到壁面湍流脉动压力波数—频率谱的数值解,并与Corcos的平板湍流边界层脉动压力波数—频率谱模型进行比较;在此基础上,将该波数—频率谱作为声源输入,代入Goldstein版本的声类比方程中预报辐射噪声,并与软件计算的流噪声结果以及Brooks试验拟合结果进行比较。[结果]结果发现:小曲率变化的NACA 0012翼型表面的波数—频率谱具有与平板表面相似的一般特性;在中、低频段采用该方法预报的流噪声结果与Brooks试验结果拟合更好。[结论]所得结果表明开展波数—频率谱研究是有必要的,将其作为主要声源项来预报亚声速下产生的流噪声是合理的。     

内弹道两相流方程的初边值条件个数的研究

对一维内弹道两相流方程进行特征分析，用特征理论和量级分析的方法，对一维内弹道两相流方程的初边值条件个数进行研究，本文所得结论与内弹道两相流数值模拟实践相一致。     

基于船波相对运动的砰击压力和上浪载荷预报方法

本文基于船波相对运动理论,对舷侧砰击压力和甲板上浪载荷的数值及试验预报方法分别进行了研究.利用三维势流理论计算船舶与波浪之间的相对运动,可以得到船波相对速度及甲板上浪高度.对于砰击压力通过数值模拟方法得到砰击压力系数后结合船波相对速度来预报;对于上浪载荷则采用考虑船舶航速的溃坝模型结合甲板上浪高度来预报.此外,开展了船舶运动和砰击压力模型试验,船波相对运动由沿着模型横剖面布置在舷侧的浪高仪测量,并且测得了相应位置处的砰击压力.最后分别对船波相对运动和砰击压力的数值结果与试验数据进行了比较分析,同时基于船波相对运动给出了一种砰击持续时间计算方法.     

RANS,DES和LES对螺旋桨流噪声预报的适用性分析

[目的]为研究不同湍流模型在螺旋桨流噪声预报中的适用性,以DTMB 4119螺旋桨为研究对象,对非均匀进流条件下的频域噪声进行数值模拟。[方法]首先,采用RANS方法计算螺旋桨在不同进速下的水动力系数和桨叶表面压力分布,并将仿真值与试验值进行比较,验证流场模拟的准确性;然后,分别将RANS,DES和LES这3种方法得到的脉动压力作为声源,结合声学边界元预报辐射噪声。[结果]计算结果表明,线谱噪声是螺旋桨总噪声的主要贡献者;当预报一阶叶频上的噪声时,3种方法所得结果较为接近,可以采用RANS方法进行快速预报;当预报高阶叶频上的噪声时,采用LES方法预报的结果更加准确。[结论]在噪声预报时可以根据需求选择合适的湍流模拟方法。     

Ro-Ro船首门砰击载荷设计值的确定

本文结合非线性切片理论与Stavovy-Chuang砰击理论，给出了一种预报船舶艏部砰击压力的方法，并就某Ro-Ro船的水池模型试验结果与理论预报结果进行了比较。证实了方法的可靠性；结合砰击压力的作用特点，提出了Ro-Ro型船艏部砰击压力设计值的直接设计计算方法。并与有关国内外规范设计值进行了比较和分析，给出了可用于指导首门局部结构设计的设计压力值。     

钢带软管内压和弯曲研究

复合材料管已成为管道发展的热点和趋势。文中对钢带软管在同时受到内压和弯曲组合载荷作用下的力学性能进行了研究。基于建立的钢带软管的环向和径向力学平衡方程,提出了不同弯曲半径下该种类型管道的爆破压力理论计算方法。文中还进行了有限元数值模拟,并与理论计算结果对比分析,分析结果表明文中提出的爆破压力计算方法可作为此类管在同时受到内压及弯曲组合载荷作用下的通用算法,为解决此类工程问题提供重要参考。     

圆舭艇及尾板水动力性能数值模拟

基于RANS方程,采用k-ε SST湍流模型和VOF两相流模型,对一条圆舭艇进行数值模拟,研究了尾板安装角度对圆舭艇总阻力的影响。将软件数值模拟结果与船模试验值进行对比。研究结果表明：通过CFD软件可预报圆舭艇的水动力性能,改变圆舭艇尾部压力分布是尾板产生减阻效果的主要原因。     

气体-固体粒子两相流理论及其应用

本文运用气体─固体粒子两相流理论，将流动视为气体和固体粒子伪流体的混合物的流动，对内破裂现象进行了理论研究，并给出了基于实验结果和考虑相容百分数的影响的固体粒子阻力系数公式。运用有限控制体积法进行了数值模拟计算，结果可信。这项研究还为多相流的传输、泥沙沉积现象等研究提供了理论和计算基础。     

船模伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响

介绍Hoekstra船模伴流修正方法、伴流模拟方法及螺旋桨激振力测量的试验过程。以第16届ITTC推荐的Sydney Express桨为研究对象，在上海船舶运输科学研究所空泡实验室用网格方法模拟船舶艉部流场，通过布置在桨模上方相应位置平板上的5个传感器进行了脉动压力测量。比较螺旋桨在船模伴流场和使用Hoekstra法换算得到的实船伴流场中工作时激振力的预报值及桨模空泡形态，并与实桨对比，就伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响作了探讨。     

Implosion tests of aluminium-alloy ring-stiffened cylinders subjected to external hydrostatic pressure

In this paper, the dynamic implosion responses of ring-stiffened cylindrical tubes under external hydrostatic pressure are reported. The ring-stiffened cylinder models were fabricated from commercial seamless aluminium-alloy 6061-T6 tubes. Six external stiffened models were constructed: three models with three stiffeners, and the other three with five stiffeners. To quantify the effects of stiffening on the structural behaviour, implosion tests were also performed on another three unstiffened tube models. In this study, a total of nine tube models were tested until their failure. Implosion was initiated by increasing the hydrostatic pressure in the chamber until the tubes collapsed, and the effects of different types of pressurising media were investigated: (i) water only and (ii) water and nitrogen gas combined. The implosion pressure pulse near the collapsing tube was recorded during the event. The models with five stiffeners increased the implosion pressure pulse by approximately 3.5 times compared with the unstiffened model.     

耐压锥柱结合壳疲劳寿命有限元预测

本文首先介绍了基于有限元疲劳寿命的理论基础和分析方法,然后建立锥柱结合壳有限元分析模型,经计算,疲劳寿命结果与试验数据相符,而局部应力-应变法估算的疲劳寿命误差较大.本文最后得出用有限元方法估算疲劳寿命不但可靠度高,而且可以方便地修改计算参数,进行结构优化,提高了计算的准确性和运算效率,极大程度地降低了人工费用.     

相继增压柴油机的动态建模和仿真

介绍了以系统论为基础的模块化建模方法在相继增压柴油机建模和仿真中的应用。首先明确了柴油机模型的重点在于表达系统中压力和流量的相互作用，以及扭矩和转速的相互作用。并提出了建立模块的规则。介绍了模块库中的部分模块。以具体说明建模规则的应用。根据一种相继增压柴油机的结构。利用模块库建立了相应的系统模型。模型的仿真结果能够反映相继增压柴油机瞬态过程中主要参数的变化，具有与参考文献中的实验结果基本相同的特征，证明了本文所用方法的有效性。     

典型舱室结构内爆毁伤效应

为研究内爆载荷下的典型舱室结构毁伤效应,针对大型舰船的典型舱室结构,结合冲击波载荷的经验计算公式,采用一种简化算法对爆炸舱室板架整体损伤情况进行计算,并使用数值仿真方法进行验证。分析常规反舰导弹作用下的典型舱室结构毁伤模式。根据相关大尺度模型内爆试验结果,研究爆炸舱室板架失效模式,并用试验结果对简化算法再次验证。结果表明,该简化算法具备一定的可靠性和准确性。     

波浪数据采集与双向振荡波浪发电装置仿真

波浪发电装置能量转换效率是表征其性能的重要指标,而各转换部分相关的数据均需要通过复杂、繁琐和成本极高的传统测试方式获得。通过Lab VIEW设计了一套波浪数据采集系统,利用虚拟仪器采集发电装置所在水域的波浪数据。同时,基于AMEsim建立波浪振荡发电装置的仿真模型,通过给定模拟信号,仿真液压系统中马达的压力、转速和扭矩特性曲线。与传统的实测数据进行对比分析,验证了仿真的合理性,仿真结果可为波浪发电装置设计的可行性和参数优化设计提供一定的参考。     

Numerical simulation of the water entry of a structure in free fall motion

To solve the problems concerning water entry of a structure, the RANS equations and volume of fluid （VOF） method are used. Combining the user-defined function （UDF） procedure with dynamic grids, the water impact on a structure in free fall is simulated, and the velocity, displacement and the pressure distribution on the structure are investigated. The results of the numerical simulation were compared with the experimental data, and solidly consistent results have been achieved, which validates the numerical model. Therefore, this method can be used to study the water impact problems of a structure.     

基于MRF方法和滑移网格的螺旋桨水动力性能研究

本文基于计算流体力学(CFD)方法,对多重参考系模型(MRF)及滑移网格模型(SM)在计算螺旋桨水动力性能时的差异进行了探讨。将以上两种模型应用到4381螺旋桨的水动力性能计算中,首先将计算得到的推力系数及转矩系数与试验数据进行了对比,考察了两种计算模型对螺旋桨的敞水性能的预测情况,并进一步对两种模型计算得到的螺旋桨盘面的速度场、桨叶的压力分布、桨后涡量云图等进行了对比分析。计算结果表明,滑移网格模型相较于多重参考系模型,对螺旋桨的推力系数的模拟结果误差更小,扭矩系数方面,两种模型的模拟结果相差不大；对于进速系数较大时,两种模型模拟得到的压力分布及速度分布较为相似,但对于高负荷情况,滑移网格模型可以更好地捕捉桨叶的压力分布及桨盘面处的速度分布情况；进速系数较小时,多重参考系模型可以模拟出涡结构的发散现象,而滑移网格模型可以更好的在高进速系数情况下捕捉到梢涡结构。     

水下航行器小通道内蒸汽冷凝换热计算分析

针对水下航行器用冷凝器的结构特性和使用环境,建立冷凝器中小通道内蒸汽冷凝换热过程的焓值模型,对流换热系数模型和压力模型。根据4种不同的换热系数计算式,求解对应关系式下的焓值、温度、压力和干度仿真值,并结合实验数据进行对比分析,得到在单相区采用 D-B关联式,在两相区采用 A-R关联式,计算的结果误差最小。并以此为基础,对小通道的截面尺寸进行计算分析,计算结果表明：当通道截面宽度为6 mm时,小通道具有较好的流动换热能力,为水下航行器的工程设计提供重要参考。     

水下推进器热动力系统启动过程仿真数学模型

以某型鱼雷动力推进系统为对象,在进行了必要的假设前提下,通过分析其工程过程,根据能量守恒、质量守恒以及工程热力学原理,建立了动力系统启动过程数学模型,并采用ＦＯＲＴＲＡＮ语言进行程序设计。通过数学仿真研究了固体药柱燃烧、固液混合燃烧以及液体过程、燃烧室内压力和温度的瞬时变化及雷机桨匹配关系,同时也分析研究了进主燃料时间以及速制转换、鱼雷初始速度、航行深度等对启动过程的影响。此外,通过与国外资料提供