串、并联航行体自然超空泡数值分析方法研究

基于均质平衡流理论,应用商用流体力学软件Fluent,开展了三维带圆盘空化器的水下高速航行体在并、串联航行时自然超空泡数值模拟研究,研究了航行体间距对空泡形态和减阻特性的变化规律。结果表明,并联时,以上航行体为例,上表面的空泡长度小于下表面,随着间距的增大,上、下表面的空泡长度均不断减小,同时并联航行体摩擦阻力系数小于单航行体;串联时,前航行体的空泡尺寸大于后航行体,随着航行体间距的增大,后航行体的空泡尺寸逐渐增大,同时后航行体压差阻力系数远小于单航行体。     

航行体出水过程空泡溃灭特性研究

航行体水下高速运动时,表面出现空泡现象.在出水过程中,出现空泡溃灭现象,对航行体的表面受力及力学环境有重要影响.本文通过计算和试验工作,对空泡溃灭进行分析,研究了空泡溃灭造成的压力机理,讨论影响空泡溃灭的因素.     

小攻角下水下高速航行体超空泡流特性研究

为研究小攻角下水下高速航行体超空泡形态及水动力特性,利用商业CFD软件Fluent6.2,对小攻角下高速航行体超空泡流进行数值模拟,分析了空化数、攻角对水下高速航行体空泡形态以及水动力特性的影响规律.研究表明,攻角为能够明显改变空泡形态的轴对称性;攻角越大,航行体的阻力系数也增大,不利于超空泡的减阻,甚至会导致航行体的失稳.研究结果将为开展水下高速航行体超空泡实验研究提供理论参考.     

航行体头型对气泡附着影响的数值研究

水下航行体穿越水中膨胀气泡时,气泡在一定条件下有可能附着在航行体上形成附着空泡,从而改变航行体水动力性能,为此开展了头型因素对气团附着空泡影响的数值研究。利用数值模拟方法计算了四种头型航行体穿越膨胀气团的过程,结果发现头型是影响气泡附着的重要因素:对于分离角较大的钝头型,气泡容易附着在航行体上形成附着空泡;对于分离角较小的细长头型,气泡受到扰动后就很快与航行体分离而不会附着。     

小攻角水下航行体定常空泡外形计算方法

水下航行体上的空泡在攻角、重力及航行体的外形影响下,空泡的迎水面外形与背水面外形并不对称,这种不对称空泡外形对空泡水动力或航行体弹道有极大影响.本文结合动量原理和空泡独立膨胀原理,在小攻角条件下建立了定常三维空泡外形的方法.     

超空泡航行体前部线型对空泡生成过程的影响

本文基于航行体超空泡理论和格兰威尔线型设计方法，设计了三种具有不同前部线型的航行体模型．并针对所设计的三种模型和具有锥形前部外型的航行体模型在西北工业大学水洞中进行了前部线形对超空泡生成影响的实验研究．结果表明：超空泡生成速度和空泡成生所需临界通气量与航行体的轴向斜率分布有关，模型表面斜率轴向分布曲线越平坦或变化率越小，越有利于提高空泡的生成速度、减少超空泡生成所需的临界通气量．实验数据显示文中设计的三种格兰威尔前部线型航行体与锥形前部外型航行体相比，生成超空泡所需临界通气量都有明显减小，空泡生成速度有明显提高．文章研究方法为降低超高速航行体超空泡生成所需的临界通气量，提高空泡的生成速度提供了一条技术途径和研究方法．     

高速航行体的自然超空泡流阻力特性研究

利用Fluent6.2对水下带圆盘空化器高速航行体的自然超空泡流动进行了数值模拟,计算分析了超空泡高速航行体的阻力特性,研究了空化器直径、航行体长细比对航行体超空泡减阻效果的影响,分析了高速航行体的超空泡减阻率。结果表明,超空泡形态下随着航行体速度衰减,航行体压差阻力系数缓慢减小,粘性阻力系数迅速增大,航行体的总阻力系数增加;航行体阻力系数与头部空化器直径的平方成反比;增加航行体的长细比,可以获得更小的阻力系数;高速航行体的超空泡减阻率可达95%以上。最后将仿真计算结果与水靶道试验进行了对比,二者基本相符。     

水下航行体非定常空泡特性

航行体在水下高速运行时,其表面的局部低压区会产生空化现象,对力学性能有重大影响,空泡的不稳定性更使航行体表面的压力分布复杂。本文利用商用软件Fluent对轴对称航行体在水下高速运行时所产生的局部空化现象进行非定常模拟。通过Fluent软件的二次开发接口,引入更加合适的空化模型,并对RNG k-ε模型的涡粘性系数进行修正,通过与实验数据比较,验证方法的可行性。然后运用非定常方法实现对水下航行体肩部空泡初生、发展、脱落、溃灭等现象的模拟,揭示了空泡的周期性生长规律。通过观察空泡区流场流动规律及压力分布,研究发现空泡周期性脱落的原因。     

热电混合动力在水下无人航行体中的应用研究

本文探讨了热电混合动力在水下无人航行体中的应用,提出了热电混合动力需要解决的关键技术,进行了热电混合动力系统技术设计并进行了相关试验,取得了预期的效果,开展热电混合动力在无人水下航行体中的应用研究对于增加航行体的航时、提高航程具有重要意义。     

小攻角水下航行体定常空泡外形计算方法

水下航行体上的空泡在攻角、重力及航行体的外形影响下,空泡的迎水面外形与背水面外形并不对称,这种不对称空泡外形对空泡水动力或航行体弹道有极大影响。本文结合动量原理和空泡独立膨胀原理,在小攻角条件下建立了定常三维空泡外形的方法。     

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.     

Experimental study on microbubble ejection method for frictional drag reduction

The formation of air bubbles ejected through a single hole in a flat plate was observed in uniform flow of 2–10 m/s It was confirmed that the size of the air bubbles was governed by main flow velocity and air flow rate. According to previous experiments, the size of the bubbles is an important factor in frictional drag reduction by microbubble ejection. Usually bubbles larger than a certain diameter (for example 1 mm) have no effect on frictional drag reduction. Three different methods were proposed and tested to generate smaller bubbles. Among them, a 2D convex (half body of an NACA 64-021 section) with ejection holes at the top was the best and most promising. The diameter of the bubbles became about one-third the size of the reference ejection on a flat plate. Moreover, the bubble size did not increase with increasing flow rate. This is a favorable characteristic for practical purposes. The skin friction force was measured directly with a miniature floating element transducer, and decreased drastically by microbubble ejection from the top of the 2D convex shape.     

船闸引航道口门区通航水流条件改善措施

为解决水利水电枢纽及渠化工程中船闸引航道口门区的通航水流条件 ,各国学者同仁研究了多种改善措施 ,它们是堤头型式、堤身开孔、丁坝、潜坝、导航堤长短、及泄水闸导流方式等     

高速船用汽油机缸盖水套CFD分析及优化

本文以某高速船用汽油机气缸盖做为研究对象,利用CFD软件对气缸盖内冷却液流动及传热过程进行流固耦合模拟,分析并评价了该汽油机气缸盖的冷却性能,并针对冷却水套缸垫上水孔提出优化方案。结果表明：气缸盖温度分布不均匀,最高温差约137K,缸盖水腔局部区域流动分布较差,鉴于此,本文依据正交设计方法提出了9种对缸垫上水孔尺寸及位置的优化方案,对比改进后的气缸盖温度场、流场结果,选择出最佳改进方案;改进后,水套内冷却液流动更好,冷却性能得到了改善,有效的降低了气缸盖壁面的温度。     

基于AM的船舶开孔管理辅助系统设计

为提高船舶开孔管理能力，针对AVEVA Marine（AM）软件开孔管理模块功能，根据船厂设计实际生产业务需求，制定开孔协同流程，设计开孔协同规则数据库。结合AM软件的二次开发能力，开发船舶开孔管理辅助系统。以管系为例，将该系统与AM软件开孔管理功能进行对比，验证该系统在船舶开孔管理方面的可行性。     

船舶前缘引流减阻及流场特性数值模拟

为了减少船舶的粘性阻力,针对一条中低速船舶在其前缘开孔引流探索减阻效果。不计自由液面的影响,采用有限体积法和SIMPLEC算法,湍流模型为SSTk-ω两方程模型,压力采用标准格式,动量方程、湍动能方程和湍流耗散比率方程均采用二阶迎风格式,耦合求解Navier-Stokes方程和连续性方程,分析前缘引流对船体周围流场的影响及减阻效果。计算结果与原型船模的对比性分析显示:船艏压力系数明显降低,尾部压力系数有变化,船体壁面切应力略有降低,引流后总减阻率达到2%以上。     

压力波动对喷嘴内流场及喷油规律影响的仿真研究

采用模糊PID控制策略模拟共轨管内的燃油压力作为边界条件，对不同尺寸喷嘴进行CFD流场计算，研究高压共轨压力波动对喷嘴内部流场及喷油规律的影响，结果可对各孔流量的均匀性和下游的喷雾特性研究提供更真实的边界条件，供喷嘴结构参数的优化设计参考。     

水下不分散混凝土抗冲刷临界流速和凸起障碍物影响

针对水下不分散混凝土抗冲刷性能,开展室内模型试验,得出8种典型抗分散剂掺量条件下水下不分散混凝土的抗冲刷临界流速。基于OpenFOAM的有限高度圆柱绕流三维数值模拟,分析凸起障碍物对水下不分散混凝土局部冲刷的影响机制。结果表明,增加抗分散剂掺量和减少单位用水量可以提高水下不分散混凝土的抗冲刷性能,HF-III型抗分散剂的效果比UWB-II型抗分散剂的抗冲刷效果好;凸起障碍物周围以及下游易发生局部冲刷;与松散沙床上圆柱周围的冲刷坑相比,水下不分散混凝土的冲刷坑范围较小,深度较浅,且主要位于圆柱的下游。     

导航堤淹没式开孔对引航道通航水流条件的影响

导航堤开孔是改善口门区通航水流条件常见的工程措施,但开孔的同时加大了引航道内的流速,对船舶在引航道内航行和停泊构成影响。采用概化物理模型试验,研究了导航堤不同开孔位置、开孔率和不同孔口淹没水深条件下对口门区和引航道内通航水流条件的影响,结合国内外的有关研究成果,提出了开孔的布置原则,为工程设计提供参考。     

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。