平板湍流边界层中的速度分布和能量方程(英文)

本文先分析 Klebanoff and Dieml(1952年)大量的实验结果,并参考 Coles(1956年)所引用的一些实验结果,得到了平板湍流边界层中内层和外层的速度分布及其厚度,然后根据这些关系式对边界层能量方程积分求解。内层湍流的速度分布为如下的对数定律:u~ =5.75log y~ B。在本文中 B 为 Reynolds数的函数,当 Reynolds 数增大时,B 增大。例如当 R_θ=10~5,时,μ~ =5.75log y~ 5.12。关于外层湍流的速度分布,本文认为仍可用如上的对数定律来表示,但各项系数有所不同,即可表示为:u~ =10.4log y~ -D其中 D 也随 Reynolds 数的增大而增大。例如当 R_θ=10~5时,μ~ =10.4log y~ -8.78。根据各层速度分布表示式的两两交点可决定各层的厚度,层流底层的厚度 y_l~ 及内层湍流的厚度y_i~ 分别为:(?)例如当 R_θ=10~5时,y_l~ =11.03,y_i/δ=0.257。根据以上结果,对能量方程中的摩擦功项分三层进行了计算,得到了 R_x～R_θ的关系R_x=63R_θ~(11/8)/(logR_θ 0.211)~(0.94)。上式与 Klebanoff and Diehl 的实验比较,得到比现有类似公式更为满意的结果。     

不同腔角和腔深的阶梯腔尾轴承有限元力学性能研究

建立水润滑动静压阶梯腔尾轴承的三维实体模型,并将建好的模型导入到AnsysWorkbench软件中进行有限元静力分析.主要研究不同腔角和腔深对船舶尾轴承力学性能的影响,结果表明:对比3种腔角的尾轴承应力、应变和位移情况发现,当腔角是20°时,尾轴承的力学性能最优;合适的腔角比例能有效的改善尾轴承的力学性能,当深浅腔的腔角比例是1:4时,此时力学性能最佳;尾轴承两腔的腔深差距不能过大,保持过渡平缓,当深腔腔深为1.6mm,浅腔腔深为1mm时,轴承的力学性能最优.     

不同腔角和腔深的阶梯腔尾轴承有限元力学性能研究

建立水润滑动静压阶梯腔尾轴承的三维实体模型,并将建好的模型导入到Ansys Workbench软件中进行有限元静力分析。主要研究不同腔角和腔深对船舶尾轴承力学性能的影响,结果表明:对比3种腔角的尾轴承应力、应变和位移情况发现,当腔角是20°时,尾轴承的力学性能最优;合适的腔角比例能有效的改善尾轴承的力学性能,当深浅腔的腔角比例是1:4时,此时力学性能最佳;尾轴承两腔的腔深差距不能过大,保持过渡平缓,当深腔腔深为1.6 mm,浅腔腔深为1 mm时,轴承的力学性能最优。     

椭球粗颗粒在深海水力集矿流场中受力特性试验研究

多金属结核等海洋矿产资源的开采技术正受到国内外学者越来越多的关注,研究不同形状矿粒在水力集矿流场中的受力特性是实现结核精准开采的前提。通过搭建水力集矿试验系统,针对椭球形状矿粒,研究集矿头拖曳速度v_t、矿粒长短径比a/b以及集矿头与矿粒底部端点之间的偏移角θ对矿粒垂向受力F_v、水平受力F_r及受力系数C_(fr)、C_(fv)的影响。研究发现:矿粒垂向和水平受力的最大值均随集矿头拖曳速度的增加而增大,并随a/b的增加呈线性增大;垂向和水平受力系数的最大值也随a/b的增加而增大;当|θ|45°时,水平受力系数随|θ|的增加而减小,并总是在35°|θ|45°区间内达到最大值。研究结果可为高效、环境友好型集矿技术的探索提供参考。     

小流向角下的30万吨级油船水流力试验

现行的《港口工程荷载规范》没有体现出小流向角对船舶水流力的影响,而船舶水流力的变化与流向角及流速密切相关。为精细化研究小流向角及流速对系泊船舶的作用力影响规律,基于物理模型试验,研究流速为1. 0、1. 5、2. 0 m/s,流向角θ为0°～15°的条件时30万吨级油船的船舶水流力的变化规律。结果表明,纵向力和横向力均随着流速的增大而增大;当流向角θ为0°～15°时,纵向水流力与使用规范公式的计算结果吻合较好,横向水流力的试验结果约为计算值的2倍。     

浮体带漂角拖航阻力数值预报

采用RANS法预报浮体在不同漂角下的拖航阻力。结合模型试验,分别从网格因素和湍流模型因素2个方面提高数值预报的精度,得到各漂角下的最优数值预报方案。基于最优数值预报结果,进一步研究浮体周围的流场随漂角的变化。结果表明:合适的网格划分方案能在很大程度上节省计算成本。当漂角不大于60°时,湍流模型采用Standard k-ε湍流模型所得结果与试验值的吻合度最高;当漂角大于60°时,湍流模型建议采用SST k-ω湍流模型。Standard k-ε湍流模型的预报精度随漂角的增大而下降;SST k-ω湍流模型在漂角为45°和60°时模拟误差很大,但当漂角从45°减小或从60°增大时,其预报精度都在提升。30°、45°、60°和90°漂角对应的最优解与试验值相比,平均误差分别为2.58%、3.35%、6.64%和7.09%,满足一般工程问题的精度要求。     

浅海环境中水下物体声目标强度物理意义的讨论及模式滤波测量法（英文）

水下运动平台的声目标强度测量试验多在浅海环境中进行。文章根据简正波理论推导了基于平均测量法的浅海环境中水下物体声目标强度TS的解析表达式,深入分析了TS的物理意义。分析表明,在确定的方位角上,TS与分布在一定范围内的垂直入射角θi和散射角θs所对应的目标散射函数值有关,θi和θs是离散的,其取值取决于简正波阶数;同时,TS还跟海洋环境和测试距离有关,当测试距离非常大时,约等于自由场声目标强度TS free。文中还提出了一种基于垂直发射阵和垂直接收阵的声目标强度测量方法,即模式滤波测量法(Modal-Filtering Measurement,MFM)。理论分析表明,MFM法具有很好的抗界面混响性能,并且跟平均测量法和垂直阵常规测量法相比,具有更高的测试效率,测试结果更接近自由场声目标强度。     

基于表面响应预报水下圆柱壳声辐射的振动测点布置研究

针对基于表面振动的圆柱壳声辐射估算的测点布置问题,提出均匀的测点布置方法。利用有限元法计算大尺度单层加肋圆柱壳在水下振动时的表面速度分布,根据边界元法及各测点处的速度计算不同测点布置对应的辐射声功率,比较各振动测点布置对应的声辐射预测精度,选择合理的测点布置。计算结果表明,对于给定尺寸的结构,在10～125 Hz范围内,周向和轴向测点数存在最优值(周向12个、轴向5个),当测点数大于最优值时,测点数量的增加不能有效提高声功率的计算精度;当测点数小于最优值时,声功率的计算误差明显增大。在较低的频率范围内,1/6声学波长可作为大尺度结构在水下振动时的测点布置依据。     

延安地区黄土的含水率对工程力学特性的影响

为研究黄土的含水率对工程力学特性的影响,以邓肯-张模型对黄土土样的室内静三轴试验数据进行拟合分析,获得其邓肯-张模型参数、弹性常数随含水率变化的规律.在黄土剪切过程中,随着黄土含水率的增加其强度迅速降低,当围压较小时表现为延性破坏;当黄土含水率大于最优含水率时,土体的剪涨现象尤为明显.     

潜艇通气管进气阀阻力特性分析及优化

[目的]开展潜艇通气管进气阀结构优化,减小进气阻力,对潜艇的节能降耗和工作安全具有重要意义。[方法]采用计算流体动力学(CFD)方法对进气阀的阻力特性进行模拟分析,并通过实验验证计算结果的准确性。同时,对阀盘行程和进气角度这2项参数进行调节与分析,得到进气阀阻力及结构的相关规律。[结果]结果显示:进气阀压力损失随阀盘行程的增大而逐渐减小,但在阀盘行程h244 mm之后继续增大阀盘行程对降低压力损失的贡献不大;当进气角度θ65°时,进气阀压力损失会急剧上升,而当进气角度θ65°时,角度变化对进气阀压力损失的影响不大。[结论]研究表明,阀盘行程和进气角度对进气阀阻力特性具有重要影响,通过结构优化,可显著降低进气阀的进气阻力,所得结果对工程设计具有一定的指导意义。     

波浪、潮流共同作用下的推移质输沙计算

本文根据Engelund的推移质输沙模型,从理论上导出了波浪、潮流共同作用下的单宽推移质输沙函数基本表达式,通过国内外大量试验资料得出函数式中的系数关系式,并提出输沙及航道回淤的计算方法。     

非均匀沙推移质输沙率的研究

本文根据拜格诺水流功率理论,推求出均匀抄和非均匀抄推移质输沙率公式。其中均匀沙公式结构形式与恩格隆公式完全一致,非均匀沙输沙率考虑到粗、细沙的相互影响,用隐暴系数加以校正,隐暴系数可从清水冲刷水糟试验资料反求,结果与林泰造公式非常吻合。用隐暴系数对盖斯勒起动机率进行修正,可以获得非均匀沙粗化的极限级配及粒径计算公式。该级配的平均粒径可以用作非均匀沙起动的判别标准。文中用野外和水槽试验资料对上述公式进行了初步验证,结果均是良好的。     

蒸汽管道孔口泄放流量工程计算方法探究

常用的蒸汽管道孔口泄放流量计算方法是借助喷管流量计算公式,公式中的进口蒸汽比体积需借助蒸汽热力性质表换算,且低过热度时绝热指数采用经验值,得到的计算值与实际有偏差,此外,传统计算式的形式较为繁琐,这些因素在一定程度上影响了其在工程中的使用。为满足工程需求,完善蒸汽管道孔口泄放流量的工程计算方法,推导出一个适用于蒸汽状态、压力参数多变,便于工程设计分析的更为简便、准确的孔口泄放流量工程计算式,式中涉及的蒸汽状态参数易于测试,采用的温度修正因子则提高了公式在低过热度下使用的准确性。同时,结合工程实例,分析此计算式的使用情况,并认为,完善后的蒸汽管道孔口泄放流量计算式将在蒸汽管道孔口泄放问题中有更为广泛的应用。     

用粘弹性梁控制加筋板稳态简谐响应的研究

应用模态叠加法研究了以粘弹性梁为阻尼处理的加筋板的稳态简谐响应。在分析中，板和梁均采用每个结点三个自由度的有限元，考虑了梁的偏心作用。以结构幅频特性曲线的方式来研究粘弹性梁阻尼处理对结构响应的控制作用，分析了阻尼材料杨氏模量实部、损耗因子和粘弹性梁剖面尺寸对结构响应的影响。结果表明，粘弹性材料能够有效地控制结构的共振响应。粘弹性梁阻尼处理仅对某些结点和模态起的作用较大，将其与其他阻尼敷设形式合理配置，相信会起到良好的减振效果。     

复合垂直防波堤基础稳定性实验研究（英文）

A series of 2D model tests were conducted to assess the foundation stability of composite vertical breakwaters. In this paper, the results from the experimental study are presented conjointly with a formula to estimate the stability number of foundation, which is the most important parameter for evaluation of foundation stability of such structures. The influences of wave height, wave period and the berm width on the stability of composite breakwaters with different armor stone sizes were investigated. Forty-five tests were performed to cover the influences of these parameters. According to the present research, berm width is a significant parameter concerning erosion of armor foundation. As the berm width increases, the amount of berm erosion decreases. Comparisons are made between results of present study and the estimated stability number proposed by Kimura et al.(1994), which is extension of Tanimoto formula. Results show that the later formula underestimates the stability number. However, by applying an enhancement factor about 1.7 meters to Kimura et al. formula, results correlated with the present experimental results..     

离心泵自吸高度定量估算等问题的探讨

对离心泵自吸能力、对有限多叶片离心泵叶轮理论压头以及对往复泵空气室贮蓄容积提出新的计算方法。指出离心泵启动时如吸入管和泵壳中充满空气，其自吸能力极小，最大吸上高度不超过０．０１２６ｍ，故离心泵启动前在其吸入管和泵壳中灌满水（设水温为２０℃），其最大理论吸高（＊吸入管段中的流阻损失未计）可达９．７６ｍ。对用于计算有限多叶片离心泵叶轮理论压头的普费列德尔经济公式作了简化，获得简化公式。通过多便实泵计算     

有限域液体附加质量对板结构振动特性的影响

基于附加质量法、公式估算法以及流固耦合有限元方法对有限域流体与结构耦合振动特性进行计算分析,以方箱底板单面接触有限域的液体,以及双面分别接触有限域液体和无限域液体工况为例,通过一系列计算得出工程中处理附连水质量影响的一般方法和经验。给出处理有限流体域问题时附加质量法的一般适用准则,即当浸水参数h/b0.1时,利用附加质量法具有足够的工程计算精度,而当h/b>0.1时,建议采用流固耦合方法进行计算。     

柔性操纵翼面的推力特性研究

柔性操纵翼面是翼面形状可以改变的翼型，它可以通过翼面的柔性摆动拍水来产生推力，实现对潜器姿态的有效控制。论文建立了NACA0012翼型柔性摆动时的运动学模型，并对摆动时产生的推进力进行了公式推导，然后选用有限体积法和标准k-ε湍流模型，运用FLUENT动网格DEFINE_GRID_MOTION宏，编写UDF，在静水条件下对柔性操纵翼面摆动状态时进行了仿真。结果表明，操纵翼面在柔性摆动过程中产生了类似鱼类游动时的反卡门涡街，形成了向前的推力。柔性操纵翼面的这一特性，应用前景十分广阔。     

大件货物海上运输的惯性力研究

绑扎是保证重大件货物海上运输安全的必要手段之一,而计算货物运动惯性力是绑扎设计的前提.通过介绍基于船级社协会统计数学模型得出的经验公式和基于船舶谐摇运动方程的理论公式两种海上货物运动惯性力计算方法,简要分析了其不同的思路和特点,指出现行的国际海事组织<货物积载与系固安全实用规则(CSS规则)>是经验公式中货物重心距船舶水线-2.4～11.5 m范围内的惯性力计算规范.并通过三个不同的典型大件货物运输实例,指出经验方法在理论公式中所对应的最大横摇角和最大纵摇角范围分别为15.～25.和5.～7.5°,结论可用于指导重大货物海上运输的系固绑扎设计,并为运输重大件货物的风险控制提供参考.     

Engelund弯道横向流速公式改进

Engelund弯道环流公式理论性强、国际上应用广泛,但底部边界条件假设不尽合理,致使公式不适用于粗糙床面。修正了底部滑移速度,提出河底横向湍流切应力形式,将两者用于边界条件。据此得到光滑和粗糙床面统一的弯道环流流速公式,改进了Engelund公式。改进公式具有普遍适用性,且计算值与实测资料符合度优于前人公式。