考虑底壁面效应影响的三维扑翼推进特性研究（英文）

本文采用重叠网格技术对考虑底壁面效应影响下的三维拍动翼的推进特性进行了数值模拟研究,计算时选取的特征雷诺数为1.0×104。数值模拟结果表明:底壁面的存在对拍动翼的水动力特性以及周围的流场结构都产生了很大影响;与无界流场相比,当拍动翼运动至底壁面附近时,将会产生明显的推力增大(高斯特哈尔数)现象,并且伴随着升力急剧增大;此外,由于拍动翼与壁面之间的相互作用,拍动翼周围的涡环变成了半月牙形。本文研究成果可为今后仿生扑翼的样机研制提供技术依据和参考。     

考虑壁面效应的摆动翼推进特性数值模拟

采用重叠网格技术对考虑壁面效应的摆动翼的推进特性进行数值模拟。系统地分析壁面距离、摆动运动幅值和无量纲频率f*对摆动翼推进特性的影响,并将其与自由流场中的摆动翼推进结果相对比。研究结果表明,摆动翼的推力随着壁面距离的减小呈现出逐渐增大的趋势,且存在最佳壁面距离对应最大推进效率。此外,对不同壁面距离下摆动翼后方的涡流场结构进行分析,从流动机理的角度对数值模拟结果进行解释。     

考虑侧壁面效应的拍动翼推进特性数值模拟研究

本文基于重叠网格技术,采用商业软件Fluent对考虑侧壁面效应下的拍动翼推进特性进行了数值模拟研究,系统地分析了不同侧壁面距离下的拍动翼推进特性。结合推力系数及推进效率,分析发现存在最优侧壁面距离。通过对不同侧壁面距离下拍动翼后方的涡流场结构及速度压力分布云图进行分析,从流动机理的角度对数值预报结果进行了解释。     

基于RANS方程的对拍翼推进器推进性能分析

文章基于RANS方程,应用动网格技术,数值计算分析了一种基于地效应原理的对拍翼推进器的推进性能,探讨了来流速度,拍动频率、振幅对推进性能的影响。计算结果表明拍动频率越高、拍动振幅越大则推进器的推力越大,而推进效率则会随来流速度以及拍动振幅的增大而呈现先增大后减小的趋势;同时对比分析了双翼对拍与单翼拍动产生的推力和推进效率;这种推进器构造简单,仅通过简单的相对拍动就可产生垂直于机翼轴向的推力,通过机翼的旋转就可产生任意方向的推力,能够满足水下机器人做六自由度运动的推力需求。     

地效翼气动力特性的数值预报

本文采用CFD技术,对存在地面效应时二维机翼在粘性流场中的空气动力特性进行了研究.结果表明:与模型试验数据相比,基于RANS方程的CFD方法能够准确预报机翼的气动升力和力矩.同时,除相对飞高外,翼剖面的厚度和拱度对地效翼的气动力特性也有重要影响.进而,作者对应用CFD分析或辅助地效翼气动力风洞试验进行了探讨.认为采用固定地板模拟地面效应与采用活动地板的模型风洞试验结果之间有很大差别,而风洞的壁面效应相比较而言可以忽略.     

基于重叠网格理论的拍动翼推进特性研究

基于重叠网格技术对拍动翼运动进行数值模拟研究。系统地分析拍动翼的运动参数(包括升沉俯仰相位差、俯仰幅值及斯特劳哈尔数等)对推进性能的影响。结合推进效率及拍动翼后方的涡流场结构确立最佳运动参数。该求解方法可为其他动边界问题的处理提供参考。     

斜流作用下清洗机器人流场大涡模拟

针对清洗机器人受水流作用的工作稳定性问题，采用大涡模拟方法对雷诺数Re分别为300、3 000、30 000等3种来流条件下的水下机器人流场动力学特性进行数值模拟，分析其时均流场、瞬态涡结构和受力特性。结果表明：紧贴船壳壁面的水下机器人周围流场稳定性很高，壁面效应使机器人尾涡脱落受到抑制；随雷诺数增加，流体边界层厚度减小，阻力系数和侧向力系数逐渐增大；雷诺数为30 000时，阻力系数为0.53，侧向力系数为0.28，侧向力控制是水下机器人后续研究的重点。研究结果能为清洗机器人工作过程的稳定性研究提供理论依据。     

不同舵角的舵翼结构涡量及流噪声特性分析

以梯形舵翼结构为研究对象,采用CFD大涡模拟及Lighthill声类比理论对不同舵角下舵翼结构的流场和声场进行数值预报,分析其涡量特性及流噪声特性。结果表明:来流速度相同时,随着舵角的增大,涡系越来越复杂,涡量及流噪声也随之增大;涡系主要集中在稳定翼的导边、舵翼的尾缘及舵与稳定翼之间;舵翼结构流噪声的声压级频谱频带较宽,无明显的主频率出现;低频时声压级幅值较大,并且随着频率升高而持续下降;舵翼尾缘及稳定翼导边前缘的声场强度比翼型两侧的声场强度大,这也和流场涡量分析结果一致,进而说明了涡流是产生流噪声的根本原因。     

海底管线附近底床侵蚀稳定性的湍流数值模拟判别

本文基于粘性流体理论采用NEW K-ε双方程湍流模式对复杂底床形态情况下的海底管线附近流场进行了数值模拟,计算结果显示NEW K-ε湍流模型能够较好的模拟出管线后方的涡旋以及分离、脱落趋势.在流场数值模拟结果的基础上,本文进一步计算了管线附近底床的壁面剪切应力,并结合相应的泥沙临界起动切应力判据对其进行了侵蚀稳定性判别.稳定性分析结果与已有成果的比较显示本文的方法正确、可靠并具有能够揭示侵蚀机理和细微部位侵蚀情况等优点.同时,本文也对管线附近底质具有粘性特征以及固结作用的情况进行了有益的探讨.     

三角形沟槽表面流场的数值模拟

湍流阻力在流体运输、航空和航海等领域广泛存在,是管道、常规运输机、水上船只、潜艇和机翼等与粘性流体接触的工作部件的主要能耗来源.文章利用有限体积法对26种三角形仿生非光滑沟槽表面流场进行了数值计算.近壁面区采用B-L两层模型,外区采用雷诺应力模型.通过与油槽实验数据定性对比,验证了数值模拟沟槽非光滑表面减阻的精度及可靠性,为软件模拟非光滑壁面流场提供依据.同时还对7种压力梯度下沟槽表面流场进行模拟,研究了压力梯度对减阻效果的影响.     

振动半圆柱尾流中的二维摆动水翼推进性能研究

文章研究了粘性流场中半圆柱振动产生的旋涡对二维摆动水翼推进性能的影响。利用数值方法计算了振动半圆柱尾流中二维摆动水翼的水动力性能。计算结果表明,半圆柱涡和水翼涡之间存在4种相互作用模式。相反旋向的半圆柱涡和水翼涡相互作用时,摆动水翼的平均推力系数最大。相同旋向的半圆柱涡和水翼首缘涡相互作用并且最终融入到水翼尾缘涡时,摆动水翼能够从半圆柱涡中吸收能量。     

Numerical study on active wave devouring propulsion

The possibility of extracting energy from gravity waves for marine propulsion was numerically studied by a two-dimensional oscillating hydrofoil in this study. The commercially available computational fluid dynamics software FLUENT was used for the unstructured grid based on the Reynolds-average Navier?CStokes equation. The free surface waves and motion of the flapping foil were implemented by customizing the FLUENT solver using a user-defined function technique. In addition, dynamic mesh technology and post processing capabilities were fully utilized. The validation of the model was carried out using experimental data for an oscillation hydrofoil under the waves. The results of the simulation were investigated in detail in order to explain the increase of propeller efficiency in gravity waves. Eight design parameters were identified and it was found that some of them greatly affected the performance of wave energy extraction by the active oscillating hydrofoil. Finally, the overall results suggested that when the design parameters are correctly maintained, the present approach can increase the performance of the oscillating hydrofoil by absorbing energy from sea waves.     

被动翼复合船型航行性能模型试验研究

针对被动翼复合船型,采用模型试验方法,开展阻力和耐波性模型试验,分析一对首水翼和一型 T型翼对阻力和垂向运动的综合影响。试验结果表明,加装被动翼之后,中低速时静水阻力增幅较大,高速时静水阻力增幅减缓;在1倍波长船长比附近,纵摇、垂荡、首尾垂向加速度大幅减小;波浪增阻显著降低。综合而言,被动翼复合船型在风浪中航行时,快速性与原船型相当,耐波性大幅提升,对改善船员舒适性和船上设备使用环境具有有益效果。     

Investigation of cavitation inception characteristics of hydrofoil sections via a viscous approach

Unlike traditional approaches based on potential theory, this work investigated the cavitation inception characteristics of hydrofoil sections by solving Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) equations. The viscous effects at high Reynolds numbers were taken into account through calculation of the eddy viscosity using a k- model. This viscous approach delivers the lift and drag forces in a more self-contained way, which cannot be obtained directly from the potential theory. A comparison with smooth surface measurements validates the proposed numerical method. Two approaches to include the roughness effects are also described. The predictions of cavitation bucket characteristics based on potential theory are more conservative than those reached by the proposed viscous computations. Hydrofoil sections with different camber ratios, foil thicknesses, and Reynolds numbers were studied numerically. A decrease in the Reynolds number tends to increase the cavitation-free region without changing the shape of the steep region. An increase in foil thickness gives a range increase in the angle of attack where no cavitation is expected. An increase in the camber ratio moves the cavitation-free location of the angle of attack, and slightly increases its range.     

大面积吹填软土地基真空预压施工工艺

详细介绍了广州港南沙港区吹填陆域工程采用真空预压技术处理软基的现场施工工艺试验研究成果。通过吹填淤泥的表面处理措施以及淤泥搅拌桩密封墙施工等,满足了施工机械和人员进场,以及保证真空度的有效传递等方面的要求,为类似工程提供借鉴。     

Study on the cavitation characteristics of cupped foils

The effects of cupping on a 0.7 radius foil section with a maximum thickness ratio of 3.5% of the Gawn-Burrill propeller series were studied both numerically and experimentally. A cupped foil increases its lift as a result of the induced camber by the cup, as the numerical results demonstrate. Also, the minimum pressure location of cupped foil moves from midchord to the cupped position near the trailing edge when the foil is in shock-free entrance. The calculated results and the tests confirm that cupped foil increases lift and may improve the cavitation performance of an underpitched propeller.     

沙湾水电站深基坑软基施工工艺优化

沙湾水电站厂房基础为堰塞粉土,覆盖层厚,地形地貌地质条件复杂,基坑深、大.对基坑开挖、支护技术进行了优化;粉细沙层以下采用高喷防渗墙形成阻水帷幕,防止开挖过程出现流土,减小基坑排水量;施工围堰为土工膜防渗土石围堰;基坑边坡以锚喷混凝土护坡为主、排板桩梁支挡为辅的支护形式;并对开挖过程实施安全监控.确保了基坑周围建筑物的施工期安全.     

超大型基坑逆作法施工引起的地表沉降

借助有限差分软件模拟某工程超大型基坑逆作法施工后的地表沉降,分析基坑平面尺寸和地下连续墙的深度、宽度及弹性模量等因素对地表沉降的影响,模型计算结果显示超大型基坑到沉降收敛点的距离应至少为基坑最大挖深的8倍,该结果大于以往文献中关于基坑到沉降收敛点的距离为基坑最大挖深4倍的建议值.     

可液化场地20万吨级卸荷式板桩码头地震反应分析

地震作用下场地液化是码头结构发生破坏的主要原因之一。针对一种20万吨级卸荷式板桩码头建立二维有限元数值模型，采用有效应力法对该码头结构进行动力时程分析，研究其在可液化场地条件下的受力变形特征以及周围土体的动力反应。结果表明：可液化场地条件下，板桩码头的前墙变形与传统单锚式柔性挡墙不同，未出现明显的凸胀变形；地震作用过程中前墙承担的弯矩最大，最大弯矩位于海底泥面附近；码头结构对周围土体的地震反应有放大效应，临空面对土体地震动峰值加速度(PGA)影响范围随地震强度的增加有减小的趋势；墙后填土液化范围随地震动强度的增加逐渐扩大，在0.50g情况下存在整体滑移的危险。