开孔分布对空腔流动特性的分析

开孔分布是影响空腔流动的一个重要因素.为了对开孔空腔流动有更深的认识,采用大涡模拟(LES)的方法,以Suboff艇体母线建立二维模型,研究4种开孔分布对空腔流动阻力,频谱特性及内外流交换的影响.对计算结果的分析表明,由于艇体表面的压力分布不同,孔附近产生纵向压力差,促使空腔内外流动交换,增加主艇体首尾压差阻力,进而使得总阻力增大.计算结果表明艇体阻力增加与内外流交换的密切相关,开孔位于中部时总阻力增量最小,内外流增量最小,开孔均匀分布时引起内外流流动交换剧烈,阻力增量最大,而且开孔引起总阻力波动幅值增加,频率分布特性发生相应的改变,开孔使得大幅波动频带变宽,可以预测噪声强度增加,频带变宽.     

水舱表面开孔特征参数流噪声特性分析

水下航行体因表面开孔产生的流噪声是总体噪声的重要部分,对其隐蔽性造成负面影响,而其噪声特性影响因素较多,开孔长宽比是其中一个典型参数。在现有阻力试验模型的基础上建立模型,采用RANS结合DES方法获得流场数据,并运用FW-H方程获得其声场信息。分析艇体开孔水舱内的流动现象,表明模型噪声的特征频率符合一般空腔规律,且与开孔长度有关;在长宽比为0.25时,其流噪声水平最低。最后结合简化模型作进一步验证。     

水舱表面开孔特征参数流噪声特性分析

水下航行体因表面开孔产生的流噪声是总体噪声的重要部分,对其隐蔽性造成负面影响,而其噪声特性影响因素较多,开孔长宽比是其中一个典型参数。在现有阻力试验模型的基础上建立模型,采用 RANS结合DES方法获得流场数据,并运用FW-H方程获得其声场信息。分析艇体开孔水舱内的流动现象,表明模型噪声的特征频率符合一般空腔规律,且与开孔长度有关;在长宽比为0.25时,其流噪声水平最低。最后结合简化模型作进一步验证。     

带流水孔潜体流场数值模拟

本文通过求解RANS方程,结合PISO算法与k-ω湍流模型,数值模拟了带有两种不同形式流水孔(纵缝式与格栅式)潜体的内外流场.数值模拟给出了流水孔流场的精细结构,计算并分析了潜体各个壁面上阻力成分的大小与成因.计算得到的流水孔阻力增量与试验值吻合较好.对计算结果的分析表明:流水孔引起的阻力增量主要集中在导流板与流水孔壁上;内部空腔壁上的阻力值是可以忽略的小量;涡旋流动主要集中在导流板之间;流水孔阻力系数随雷诺数的增加而趋于一稳定值.计算结果表明,本文中使用的方法可用于模拟流水孔内外流场.     

不同形式表面开孔水下回转体流噪声特性研究

应用DES(Detached Eddy Simulation)湍流模型模拟表面开孔水下回转体在一定来流速度下非定常流体力学现象,分析开孔附近的精细流动结构及流场时频特性;结合FW-H模型计算开孔体流噪声,分析噪声频谱及总噪声级指向性特点。对两种方案开孔形式的回转体流场及流噪声特性进行对比。结果表明:其中的一个方案较另一方案阻力增加1%,脉动幅值也较大;两方案指向性相似,方案1的噪声级在各方向上较方案2约大4dB。频谱分析结果表明,造成方案1噪声相对较大的主要原因是孔穴流动的相互干扰。     

水下航行体水舱开孔阻力特性分析

水下航行体借助于流水孔进排水实现上浮下潜,而众多流水孔会增加艇体阻力。本文针对水舱开孔对流场的影响问题,提出了长宽比、格栅角度、开孔位置三个变量,在已有阻力试验模型基础上,进行数值建模,采用SST k-ω两方程的RANS湍流模型进行计算。结果表明：开孔水舱内存在流体撞击水舱壁面-形成涡旋-内外流掺混等现象;相比较而言长宽比小于1时的阻力比大于1时要小;随着格栅与来流角度的增加,阻力呈先增后减趋势,在与来流成-45°角附近阻力性能好;表面压力为顺压梯度时阻力最大。     

利用面元法计算潜艇在水底引起的压力分布

针对潜艇水下航行时的压力场特性,应用船舶水动力学势流理论,建立计算潜艇水压场的数学模型。采用Hess-Smith方法将面源分布于艇体表面,对潜艇引起的水底压力变化进行数值计算,并与主艇体及已有实验结果进行比较。分析潜艇水压场的分布特点以及水深、指挥台围壳对压力场分布的影响。理论计算与实验结果对比表明,二者之间吻合良好。     

基于CFD不同AUV艇体阻力性能研究

为了研究不同类型AUV艇体阻力性能特点以及十字舵和整流罩附体对总阻力的影响,在充分研究4种艇型型线的基础上,建立几何模型,选取标准k-ε,RNG k-ε,SST k-ω湍流模式,通过CFD对艇体进行阻力数值模拟。结果表明,十字舵引起的艇体阻力增加比例大约在10%~20%,且随着展弦比的增加而呈减小趋势,直径与艇体最大直径相当的整流罩引起的艇体阻力增加比例大约在40%~50%;流线型BLUEFIN阻力增加值随航速变化较大,而钝性BLUEFIN阻力增加值几乎不受航速的影响,AUTOSUB型AUV阻力性能最优,AUTOSUB和HUGIN适合中高速航行,REMUS和BLUEFIN适合低速航行。     

潜艇近水面航行自由液面干扰效应数值研究

针对潜艇近水面航行艇体水动力呈现显著变化的问题,本文在验证数值计算方法可行性的基础上,开展不同潜深及航速下潜艇粘性流场的数值模拟,获取艇体阻力、垂向力及纵倾力矩随水深及航速的变化规律。模拟结果表明:潜深是影响潜艇近水面与深水状态水动力性能差异的决定性因素,当潜深与艇体直径的比值H/D≤1.3时,近水面效应显著;而当H/D≥2.9时,可认为潜艇水动力性能与深水状态无显著差异;近自由液面条件下(H/D≤1.3),潜艇所受阻力及垂向力系数随航速的增大均呈现明显波动现象,这主要是由于自由面的兴波干扰使得艇体表面压力变化所引起。     

前缘引流对船舶阻力及伴流分布的影响

针对一双艉无球艏的中速船,采用SIMPLEIC算法和SSTk-ω湍流模型对原型和开孔引流模型进行数值模拟计算,探讨不同开孔形状、开孔尺寸和出流位置对船舶艉部流场特性和阻力的影响规律。计算结果表明：开孔引流在本船上未能实现有效减阻,但不同开孔参数下阻力变化规律明显;引流对船舶艉部流场分布影响显著,改善了艉轴处伴流场分布,对提高螺旋桨推进效率有益。