水下航行体垂直发射筒口压力场L/E耦合数值模拟

采用Lagrange结构网格和Euler流场网格(L/E)耦合的数值仿真方法,对潜射航行器出筒后筒口压力场进行三维数值仿真分析。计算模型考虑海水的横向来流和航行体出筒过程对筒口气泡脉动的影响。仿真计算获得了筒口压力场气泡脉动主要特征,试验与计算的2个主要压力波峰曲线形状基本一致。通过对比计算表明,考虑横向流作用可以有效减少筒口压力场计算偏差。本文的计算方法及结论可为发射筒口压力场分析提供有益指导。     

基于 CFD 技术某超大型复杂腔体流场数值研究

为研究复杂腔体内航行体在出筒过程中的燃气流场和腔体内部压力建立情况,采用计算流体力学方法和动网格技术,对航行体出筒过程进行数值模拟。将安置在腔体内的航行体作为运动实体,随着航行体的运动,相应的流场计算边界发生变化。计算过程根据当前时刻喷管内流场及燃气流场计算航行体受力情况,确定航行体在任意计算时刻的运动速度,并由相应的运动边界更新网格,计算新网格下的流场参数分布。计算结果与实验结果符合较好,说明文中方法能够有效地揭示航行体出筒过程中燃气流的动力特性,通过分析这些流动现象,为工程应用提供有意义的参考。     

筒口气泡对发射筒盖影响数值计算与分析

针对发射筒盖因受力产生卸载而影响筒口气泡外形和筒盖受力的问题,采用VOF模型和动网格技术,建立筒盖三维轴对称模型和筒盖系统受力模型。在基于实测数据校验模型的基础上,计算并分析了筒口气泡对发射筒盖的影响,获取了不同速度条件下筒口气泡作用在筒盖上的载荷变化和运动变化特性数据。结果分析表明,在发射过程中由于筒口气泡演变,筒盖承受了相当程度的扰动,且受载方向存在周期性变化特性。研究方法及其结论可为筒口压力场预测以及筒盖设计提供有益的指导。     

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。     

水下爆炸气泡脉动载荷影响因素分析

水下爆炸中的气泡脉动载荷是造成舰船总体毁伤的主要原因,气泡载荷的准确预报对舰船抗冲击设计研究具有重要意义。基于势流理论,建立考虑气泡迁移效应、自由表面效应的水下爆炸气泡脉动模型。通过不同药量和气泡沉深的算例,对迁移效应和自由表面效应这两种影响因素进行比较分析,详细讨论两种因素对气泡脉动的影响。最后,将气泡脉动载荷的数值计算结果与经验公式进行对比和验证,结果吻合良好。算例表明,考虑迁移效应、自由表面效应的气泡脉动模型可以对中场水下爆炸气泡脉动载荷提供较准确的预报。     

水下爆炸气泡脉动载荷影响因素分析

水下爆炸中的气泡脉动载荷是造成舰船总体毁伤的主要原因,气泡载荷的准确预报对舰船抗冲击设计研究具有重要意义。基于势流理论,建立考虑气泡迁移效应、自由表面效应的水下爆炸气泡脉动模型。通过不同药量和气泡沉深的算例,对迁移效应和自由表面效应这两种影响因素进行比较分析,详细讨论两种因素对气泡脉动的影响。最后,将气泡脉动载荷的数值计算结果与经验公式进行对比和验证,结果吻合良好。算例表明,考虑迁移效应、自由表面效应的气泡脉动模型可以对中场水下爆炸气泡脉动载荷提供较准确的预报。     

孔腔脉动压力及其波数—频率谱的大涡模拟研究

孔腔流动中包含着流动分离和失稳以及涡旋相互干扰等复杂的流动现象。孔腔涡旋流动引起的流体振荡能够引起脉动压力的显著增加从而产生强烈的噪声,在工程实际中备受关注。湍流脉动压力是流激噪声的重要来源,也是湍流研究中的基础性问题,对其进行数值计算研究是流声耦合领域的重要内容,而湍流脉动压力波数—频率谱的构建更是该领域的技术难点。文章采用大涡模拟方法(LES)对孔腔脉动压力进行了数值模拟,考察了四套网格和四种亚格子应力模型对计算结果的影响,并与试验结果进行比较,验证数值计算方法的可靠性。首先采用大涡模拟方法计算了孔腔的脉动压力,并与中国船舶科学研究中心的空泡水筒试验结果进行对比分析。接着详细地分析孔腔脉动压力,研究亚格子应力模型和网格数量对计算结果的影响。最后,对数值计算得到的脉动压力多元阵列结果进行时间/空间Fourier变换,构建了三维脉动压力波数-频率谱。该文工作对今后流激结构振动噪声的预报和流动控制研究奠定了基础。     

三维圆柱体绕流数值模拟流场选择及网格划分

文章通过数值模拟结果确定适合的三维圆柱体绕流流场的尺寸,采用不同的计算流体力学(CFD)软件对有限元模型进行网格划分,对比网格划分质量的优劣,选择适合数值模拟的软件CFX。确定采用的网格形式为六面体网格(Hex8)以及流场不同部分网格的尺寸。圆柱绕流展向各截面平均压力系数沿周向无明显变化,脉动压力系数变化显著,绕流后的旋涡发放形式具有明显的三维特性的数值模拟结果验证了本文的流场选择和网格化分尺度的合理性。     

潜射模拟弹弹射后效分析

基于Mixture多相流模型和动网格技术构建了二维轴对称弹射后效仿真模型,模型中可同时考虑空化和汽化效应;仿真获得了模拟弹弹射入水后的速度变化特性,同时还分离了均压气体和汽化作用等因素对弹射后效具体量值的影响.仿真结果表明,均压气体对弹射后效影响显著,而汽化作用影响较小.文中研究方法及其结论可为潜射导弹筒口压力场分析以及水弹道设计提供有益的指导.     

水下爆炸数值仿真

基于MSC.Dytran软件,通过一维球对称数值仿真模型,模拟了水下爆炸冲击波传递以及第一次气泡脉动过程,其计算结果与经验公式计算结果吻合较好,在此基础上讨论了网格划分方式、网格密度以及计算区域大小对计算结果精度的影响.通过一维模型与三维模型数值计算结果的对比,论证了基于一维球对称数值仿真模型,通过Remap映射技术进行三维模型数值仿真的计算方法.该方法在保证计算精度的同时较大地提高了计算效率,具有较强的工程应用价值.     

舰载导弹发射舱内燃气流热效应研究

连续发射导弹后,舰载导弹发射舱内的温度会因发射筒的持续散热而明显升高。当舱内温度升幅超过安全温度后,将造成安全隐患。建立了发射筒散热的数学模型,选取了几种典型的导弹发射模式,对发射舱内时间-温度变化过程进行了模拟计算。计算结果表明,在某些饱和发射模式下,发射舱内温度升速较快、升幅较大,甚至超过规定的安全温度。该方法可以在发射舱工程设计前,为发射筒的隔热设计提供理论依据,同时为导弹发射舱内温度监控方案设计提供技术支持。     

滑行艇纵向运动响应与静水航行数值模拟分析

运用CFD软件FLUENT,采用动网格技术,通过编制的运动预报程序求解耦合运动方程,比较滑行艇排水航行、过渡航行、滑行三种不同状态下航行姿态及周围流场情况,分析了滑行艇响应运动过程中重心位置及纵摇角度的变化,并展开对应工况下滑行艇以固定姿态不涉及动网格技术的静水直航数值模拟,将计算结果与运动响应结果比较分析.得出了滑行艇由排水航行状态过渡到滑行状态底部动压力变化.为关于滑行艇水动力性能的研究提供了可靠的计算研究模型.     

Large-eddy simulation of cross-flow around ship sections

The present work is motivated by phenomena occurring in the flow field around ship-like bodies with an incoming lateral flow (cross-flow, 90 ° drift angle). Three-dimensional unsteady flows around different ship sections are investigated by using computational fluid dynamic (CFD) tools with large-eddy simulation (LES) subgrid-scale turbulence model. The simulation results are compared to measurements at several Reynolds numbers in the 90–200,000 range. Focus in our investigation is on the characterization of the motion of vortex structures generated by the separated flow. Another target in the study is to obtain better knowledge of the hydrodynamic forces acting on the sections. Computed pressure and drag coefficients are compared with experimental measurements. The comparison between simulations and measurements shows that an LES model can predict the flow field around ship sections in detail and the hydrodynamic forces acting on the sections.     

Finite-volume simulation of flows about a ship in maneuvering motion

A finite-volume method of computing the viscous flow field about a ship in maneuvering motion was developed. The time-dependent Navier-Stokes equation discretized in the generalized boundary-fitted curvilinear coordinate system is solved numerically. A third-order upwind differencing scheme, a marker and cell (MAC)-type explicit time marching solution algorithm and a simplified subgrid scale (SGS) turbulence model are adopted. The simulation method is formulated, including the movement of a computational grid fitted to the body boundary that allows computation of the flow field around a body under unsteady motion. To estimate the maneuvering ability of a ship, the accurate prediction of the hydrodynamic forces and moments of the hull is important. Therefore, experimental methods of finding the hydrodynamic forces of a ship in maneuvering motion, such as the oblique towing test, the circular motion test (CMT) and planar motion mechanism (PMM) test, were established. Numerical simulation methods for those captive model experiments were developed introducing computational fluid dynamics (CFD). First, numerical methods for steady oblique tow and steady turn simulation were developed and then extended to unsteady forced motion. Simulations were conducted about several realistic hulls, and the results were verified by comparisons with measured results obtained in model experiments. Hydrodynamic forces and the moment, the longitudinal distribution of the hydrodynamic lateral force, and the pressure distribution on the hull surface showed good agreement.     

舰载导弹发射舱火灾数值模拟研究

舰载导弹垂直发射舱的热安全性始终是影响发射系统安全的一个最重要的因素,研究发射舱的火灾问题能够对导弹所处的热环境进行预估,从而为发射舱安全性的研究和设计提供理论依据。文中分析了舰载导弹共架垂直发射舱的火灾情况,并在此基础上建立了火灾数学物理模型。选取2种典型起始温度和2种典型火源进行了数值模拟计算,计算结果能够正确反映发射舱发生火灾时其内的温度—时间变化规律。研究具有工程参考和实际应用价值。     

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。     

燃气蒸汽式弹射内弹道研究

燃气-蒸汽式弹射方式以其结构简单、温度适中、压力输出平稳等优点,被越来越广泛地应用到水下运载器的发射系统中,深入研究燃气-蒸汽式弹射装置的内流场对弹射装置的设计、改进具有重要意义.本文通过采用3种不同仿真模型对燃气-蒸汽式弹射内弹道进行计算,结果表明:对流场进行仿真计算时应同时引入汽化模型和组分输运模型,其仿真结果与实际情况更为相符.汽化模型对流场温度的影响比对压力和速度的影响更为明显.研究成果可为燃气-蒸汽式弹射装置的设计与改进提供理论支撑.     

燃气流公共排导和同心筒技术在舰载导弹垂直发射装置中的应用分析

燃气流公共排导是当今舰载导弹垂直发射装置最为常用的一种燃气排导模式，同心简技术是近年来新兴的一种垂直发射技术。从结构特性人手，对两种类型发射装置的多项性能指标进行分析和比较，同心筒技术在燃气排导性能、可靠性、安全性等方面具有一定优势，而采用公共排导技术的发射装置在备弹量、适装性等指标卜占优。两种技术各有特点，应根据实际使用要求以及不同的装舰对象区别应用。     

超空泡发展过程研究以及对两种研究滑行力方法的评估

采用两流体模型以及DES湍流模型对通气超空泡发展过程以及泡内压力变化规律进行了三维数值仿真。模拟了两种泄气方式:回注射流和双涡管泄气方式。并基于文中数值方法预测通气超空泡方面的能力,对两种研究航行体滑行状态的方法进行了评估:一种方法是在水槽中的定轴俯仰运动,另一种方法是类似于约束模实验的自由俯仰运动,两种方法都采用了网格变形技术。结果表明在相同条件下,后者可以很容易得到超空泡航行体的滑行状态而前者较难获取滑行状态,尽管在水槽中前者更易实现。文中的数值方法可以用来进一步研究滑行状态并给出一些有意义的结论。     

水下发射航行体空泡、气泡和自由面相互影响的理论研究

基于势流理论、细长体理论和奇点分布法,对水下发射过程中的航行体空泡、自由面和筒口气团的相互影响开展了理论研究。文中用一个奇点模拟气团、用沿轴线分布的奇点模拟细长体形状的航行体和空泡,建立了自由面影响下的气团和空泡相互耦合的动力学模型,提出了非定常流场中带气体泄漏现象的含气空泡的压力估算方法。实验结果验证了文中提出的模型的合理性。