波浪滑翔器拍动水翼非稳态下水动力性能计算

波浪滑翔器的水动力性能主要取决于其拍动水翼的设计。在推进效率不变的情况下,采用动网格方法,基于RANS方程与标准的湍流模型,应用ICEM CFD软件和FLUENT软件,分别研究了翼型为NACA0008、NACA0012与NACA0016的拍动水翼的水动力性能,筛选出NACA0012翼型的水动力性能最佳。从工况角度入手,研究了NACA0012翼型拍动水翼的最大转动角度、波浪来流速度、波长及波高对拍动水翼平均推力的影响,定量评估了不同工况下的水动力性能。结果表明:当波浪滑翔器推进效率不变时,在非稳态条件下,翼型为NACA0012的拍动水翼的平均推力较大,水翼的水动力性能较好。     

斜流工况下喷水推进系统流场控制体理论模型研究

喷水推进船舶在转向运动时推进器的进流条件与直航状态存在明显差异。基于RANS方法对斜流角在0°～30°范围喷水推进系统的进流和推力特性进行数值模拟。研究表明：随着斜流角的增加，半椭圆形进口获流区的宽度增大而厚度减小，斜流工况下边界层影响系数近似等于直航工况下边界层影响系数与斜流角余弦的乘积。在非空化条件下，当喷水推进船舶作转向运动时，进口流道效率降低是推进器性能下降的主要原因。基于数值模拟结果，建立了斜流工况下喷水推进系统流场控制体理论模型，对经过推进系统的水流进行速度修正和船体边界层修正，提出了斜流工况下推力预估公式并进行了验证。     

船舶喷水推进器推力分布研究

应用计算流体力学方法对一典型内置推力轴承混流式喷水推进器的流场进行了数值模拟,计算和分析了叶轮、导叶体、进水流道等主要水力部件的推力分布.计算结果显示:(1)在推进特性线上的设计工况,内置推力轴承上的推力约为喷水推进器净推力(合力)的1.5倍,泵静止部件上的推力约为净推力的-0.5倍,进水流道上的推力很小,可忽略不计;(2)各部件上的推力占净推力的比例在推进特性线上的其它工况基本维持不变;(3)在非推进特性线上的工况,各部件上的推力分布不同于推进特性线上的工况,来流速度与泵转速的比值越高时泵静止部件上向后的推力越大,进水流道上的推力不再是可忽略的小量了.喷水推进器推力分布规律的研究结果可为喷水推进器和船尾结构的强度设计时加载水动力作用项提供参考.     

拖式吊舱推进器的水动力特性分析

拖式吊舱推进器的螺旋桨与吊舱之间干扰剧烈,流动现象较为复杂,为研究拖式吊舱推进器的水动力特性,基于粘性理论,滑移网格技术,借助商用流体计算软件FINE/Marine,分别完成了三维实尺度的裸桨及吊舱推进器的敞水性能数值模拟。着重在吊舱对螺旋桨水动力性能的影响、吊舱侧向受力、吊舱表面压力和周围流场速度分布方面进行了分析。结果表明,由于吊舱的存在,螺旋桨的推力扭矩均有所提升,但是整体推进器的效率没有明显改善,反而使螺旋桨推力波动增大;吊舱在螺旋桨尾流影响下会产生额外的侧向力。     

直翼推进器的性能分析及其理論

本文簡要地介紹了直翼推进器的作用原理,与其他船用推进装置的性能作了比較,并分析了直翼推进器对船舶操纵性、稳定性的影响,指出了在經常改变航行条件的船舶上使用直翼推进器的优缺点。文中指出直翼推进器的直翼处于非定常运动状态,利用静定假設計算直翼,理論数据的誤差很大,推力及效率值均偏高。作者利用机翼周期性振动的理論及試驗结果推导了計算直翼推进器性能的理論公式,并論证了直翼推进器横向移动时引起与移动方向相反的力的現象,即当直翼推进器来流有偏斜时,出現垂直于推力方向的横向力。     

基于CFD的喷水推进器流道与喷口优化

为提高喷水推进器的水动力性能,对喷水推进器的流道与喷口进行了基于数值计算的优化研究。对一台喷水推进泵模型进行了敞水性能数值计算,验证了数值计算方法的准确性和有效性。对喷水推进器流道以及喷口进行参数化的几何重构和优化计算,考察流道与喷口参数对推进性能的影响。研究结果表明:在设计航速下,优化后的喷水推进器的转矩基本没变,推力和效率分别提高了2.53%和2.45%;在全航速范围,推力和效率平均分别提高了2.45%和2.49%。喷口变化对喷水推进器性能的影响大于流道变化对其的影响。适当增加流道倾角和降低导流帽倾角可提高推进性能。降低导流帽的倾角还可减弱导叶处的流动分离,改善导叶附近的流场。     

大功率全回转推进器水动力学性能研究

大功率全回转推进器是大型海洋装备在复杂海况下确保精确定位的关键推进系统,其水动力学特性将直接影响到整个推进系统的服役性能。基于计算流体力学(CFD)基础理论,建立某型全回转推进器水动力学数值仿真模型,获得其水动力学特性。在此基础上,采用准定常计算方法分析不同回转角度下推进器产生的推力和扭矩,获得其在全回转过程中的水动力学性能变化规律。计算结果表明,当进速比为0.55时该推进器效率达到最大值0.704;在全回转过程中推力系数呈现M型曲线,分别在120°和240°回转角时推力达到最大值。在回转角为120°时,桨叶吸力面与推力面之间压差最大,此时会造成桨叶上产生较大的应力。本文所开展的大功率全回转推进器水动力学特性研究为综合评价其疲劳寿命及服役性能提供了参考依据。     

一种计算吊舱与螺旋桨相互干扰的新方法(英文)

为了计算吊舱推进器的非定常水动力性能,建立了用诱导速度势处理吊舱和螺旋桨非定常相互干扰的方法,并和用诱导速度处理两者相互干扰的方法作了对比分析.讨论了两种方法的数值计算中为了避免奇异性而对一些参数的设定方法.经过用两种方法对均匀来流和非均匀来流条件下水动力性能的计算比较,发现两种方法的计算结果很接近,并与模型试验结果吻合得很好,但用诱导速度势的方法编程工作量较诱导速度方法少,而且还可节省大量的计算时间和存储空间,是一种计算吊舱推进器和其他组合推进器水动力性能相对简单而且有效的方法.     

基于CFD扇翼推进器敞水性能预报分析

为解决现有水下潜器系统组成复杂、丢失后难以搜寻等问题,借鉴扇翼飞行器理念,提出扇翼推进水下潜器的新概念,弥补现有水下潜器的不足.针对扇翼推进水下潜器的核心装置扇翼推进器的敞水性能问题,运用CFD方法对比分析了一定的来流速度下,扇翼推进器和可倾斜轴导管桨在定深直航工况下,产生同等负升力和推力条件下的敞水效率.结果表明应用在高升推比的水下潜器上时,扇翼推进器的敞水效率远高于可倾斜轴导管桨,一定程度上论证了扇翼推进水下潜器概念方案的可行性.     

基于CFD扇翼推进器水动力特性数值分析

为解决现有水下潜器系统组成复杂、丢失后难以搜寻等问题,借鉴扇翼飞行器理念,提出扇翼推进水下潜器的新概念,弥补现有水下潜器的不足。针对扇翼推进水下潜器的核心装置扇翼推进器的水动力学问题,运用CFD方法计算不同的来流速度、叶片数量、转速、来流迎角和后缘夹角下的扇翼推进器的流场,揭示了扇翼推进器偏心涡、负升力和推力产生的机理,以及上述设计参数对扇翼推进器水动力的影响规律。结果表明:扇翼推进器叶片数取12即可;转速和后缘夹角对扇翼推进器升推比的影响规律相反,可通过权衡设计选定合适的转速和后缘夹角,设计出适配不同水下潜器的扇翼推进器。     

考虑底壁面效应影响的三维扑翼推进特性研究

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.     

基于CFD法的对转螺旋桨敞水性能参数匹配研究

摘要：采用雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS)法对B型螺旋桨和对转螺旋桨周围的粘性流场进行数值处理,运用Pro/E和GAMBIT软件分别进行三维建模和网格划分,并采用ORIGIN和TECPLOT后处理软件对结果进行图像处理。分析研究湍流模型对螺旋桨水动力性能的影响,对对转桨进行数值计算验证,同时对其敞水性能参数的匹配问题进行探讨,分析其尾流和速度场的变化情况。结果表明：SST 模型为较佳的湍流模型;对转桨在适当的桨距比和直径比的情况下,后桨可充分吸收前桨的尾涡能量,其推进效率明显提高。     

船舶推进轴系冲击响应

采用有限元与数值仿真相结合的方法 ,建立推进轴系垂向冲击响应计算的数学模型 ,导出了在加速度冲击输入条件下轴系垂向冲击响应数值仿真方法 ,并通过一个工程计算实例阐述了该方法的适用性。     

幂律流体阻尼的隔冲特性研究

基于幂律流体阻尼特性,建立了单自由度冲击隔离系统数学模型,分析了幂律流体的分段阻尼力特性与隔冲耗能特性,并讨论了速度相关指数、固有频率、冲击载荷幅值等因素对系统隔冲性能的影响。研究结果表明:当激励信号产生的流体相对速度较小时,剪切稀化流体的隔冲性能优于线性阻尼和剪切稠化流体阻尼,流体相对速度较大时,剪切稠化流体的隔冲性能优于线性阻尼和剪切稀化流体。幂律流体的参数影响分析为幂律流体阻尼器的设计和实际应用提供了一定的参考。     

超浅吃水多工况船舶推进方式探讨

通过对多工况拖船采用不同推进方式的性能比较表明导管螺旋桨优于普通螺旋桨,可调螺距螺旋桨优于导管螺旋桨,二档变转速的导管螺旋桨与可调螺距螺旋桨的推进效果相当,建议在多工况船的螺旋桨设计中采用二档突转速推进方式。     

Numerical solutions for a two-dimensional airfoil undergoing unsteady motion

Continuous vorticity panels are used to model general unsteady inviscid, incompressible, and two-dimensional flows. The geometry of the airfoil is approximated by series of short straight segments having endpoints that lie on the actual surface. A piecewise linear, continuous distribution of vorticity over the airfoil surface is used to generate disturbance flow. The no-penetration condition is imposed at the midpoint of each segment and at discrete times. The wake is simulated by a system of point vortices, which move at local fluid velocity. At each time step, a new wake panel with uniform vorticity distribution is attached to the trailing edge, and the condition of constant circulation around the airfoil and wake is imposed. A new expression for Kutta condition is developed to study (i) the effect of thickness on the lift build-up of an impulsively started airfoil, (ii) the effects of reduced frequency and heave amplitude on the thrust production of flapping airfoils, and (iii) the vortex-airfoil interaction. This work presents some hydrodynamic results for tidalstream turbine.     

陀螺效应对船舶推进轴系回旋振动的影响

本文将陀螺效应应用到船舶推进轴系的回旋振动计算中,在轴系回旋振动几何模型的基础上建立有、无陀螺效应的计算模型,并给出轴系回旋振动时的临界转速。文章选取5艘已设计完成的船舶推进轴系为实例,采用两种计算模型分析各自的回旋振动临界转速。结果表明,陀螺效应提高了船舶推进轴系回旋振动的临界转速,为设计过程中精确确定轴系的转速禁区给出了依据。     

不同纵摇轴位置下的二维柔性鳍推进性能与流场特性研究

利用FLUENT软件数值计算了二维柔性鳍作升沉纵摇运动时的推力系数及推进效率，探讨了修正Bose变形方程、均匀载荷和非均匀载荷悬臂梁变形方程等三种柔性模式下纵摇轴位置对摆动鳍推进性能的影响，其中纵摇轴在尾缘处能够获得更大的推力，而最高的推进效率分别对应修正Bose模式下纵摇轴距首缘1／3弦长处和悬臂梁柔性变形模型下纵摇轴距首缘2／3弦长处．同时计算分析了斯特劳哈尔数、最大攻角等参数对柔性鳍水动力性能的影响，建立了最大推力系数和最高推进效率所对应的参数区间，其中低St数的最高推进效率发生在低αmax，高St数的最高推进效率发生在高αmax．     

绿色35,000吨散货船船体线型优化及设计研究

本文针对新一代绿色环保船型研发的需求,在已有性能较为优良的35000吨散货船的基础上,对船体线型作进一步的优化设计。利用势流计算原理及粘性流计算原理分别对船体周围流场特性进行计算分析,结合在船体线型设计方面的经验对原船线型作进一步的改型优化,并通过水池模型快速性试验验证获得了更为优良的船舶线型。经对线型改型优化,既降低了阻力又提高了推进效率,总的节能效果可达9%。说明线型改型优化已取得了较为明显的效果。此外,采用粘性流计算原理进行数值计算应较势流计算原理更为全面合理。特别对原来快速性能已较优良,方形系数CB较大的船型来说,采用粘性流的计算分析法能获得更为合理的结果。