计算流体力学κ-ε二方程湍流模型应用研究

该文应用k-ε二方程湍流模型对细长体绕流问题进行数值模拟计算,进而比较湍流模型中湍流参数的设置对计算结果的影响.通过模拟计算得到的湍流强度及粘性比的取值范围有较好的适应性.通过对简单二维剖面进行非定常运动计算,说明了湍流模型参数设置合理,验证了k-ε二方程湍流模型的实用性.     

低雷诺数二维与三维圆柱绕流探究

分别采用层流模型以及TransitionSST湍流模型,通过ICEM分块法进行网格划分进行了低雷诺数下的二维与三维圆柱绕流的数值模拟。通过控制入口水流的速度达到控制雷诺数的目的。分别计算了二维与三维状态下圆柱的升阻力系数以及斯特劳哈尔数,同时进行了对比发现随着雷诺数的增加二维与三维状态下流场存在明显的差别,尤其是在圆柱尾涡的形态上。此外对于弹性体圆柱绕流进行了初步探索,为之后大变形条件下分析奠定了基础。     

基于DES模型的变截面圆柱绕流数值模拟

针对海洋结构物"卡门涡街"现象抑制或加强的不同用途,基于CFD方法,采用分离涡(DES)模型,对均匀来流下低雷诺数单圆柱绕流进行二维模拟,验证DES方法在低雷诺数时圆柱绕流模拟的可行性,开展低雷诺数下3种变截面圆柱绕流二维数值模拟研究,分别取特征长度D=0.07m,0.09m,0.12m,分析相应的升阻力系数、压力云图、涡量图等,得到不同流体参数和涡脱落形态变化规律。比较得出在二维模型下,当圆柱横截面特征长度改变时,"卡门涡街"现象会发生一定的加强或减弱,并从抑制或利用两个方面给出相应建议。     

临界雷诺数下圆柱涡激振动抑制措施研究

拖缆、海洋立管等在流体力的作用下,会发生涡激振动,容易使这类海洋结构物受到破坏。本文将这一力学现象简化为绕二维圆柱流动问题,通过离散求解二维非定常平均雷诺应力方程(URANS),分析临界雷诺数时(8.21×104Re1.54×106)的流动特性,从而得到绕圆柱流动的涡脱落过程、涡激力与雷诺数之间的关系。本文计算结果和已发表的结果有良好的一致性。在此基础上,本文提出了一种在圆柱体后方安装分隔板来抑制涡激力的简单措施,并通过数值方法验证其有效性。     

分离涡模拟在亚临界区风场圆柱绕流中的适用性研究

圆柱绕流问题一直是流体力学领域热门的研究对象,本文基于ANSYS Fluent软件,采用分离涡模拟(DES)的湍流模型,以连续性方程和N-S方程为控制方程,对亚临界区流动状态风场下的圆柱绕流问题进行了数值模拟。主要分析了圆柱阻力系数,Strouhal数,圆柱后绕流速度分布及涡量大小。计算结果表明DES湍流模型可有效描述流场的三维特性,与之前的实验和模拟结果吻合,验证了DES模型在亚临界区用于风场绕流问题的有效性。DES模型较于大涡模拟和雷诺平均法在计算效率和准确性上有一定优势。     

亚临界雷诺数下圆柱和方柱绕流数值模拟

基于RNG k-ε模型,采用有限体积法对亚临界雷诺数条件下(Re=3×102~3×105)的二维单圆柱和单方柱绕流进行数值模拟与仿真。得到了圆柱和方柱绕流阻力系数Cd与Strouhal数随雷诺数的变化规律。同时对雷诺数Re=22 000下的圆柱、方柱绕流相关特性进行详细对比分析。计算结果表明:同一雷诺数下,单圆柱绕流阻力系数Cd较单方柱低,但圆柱的Strouhal数较单方柱则要高。虽然二者边界层分离点不同,但流场的演变与漩涡的脱落具有一定相似特性。     

海上平台支撑柱绕流特性的大涡模拟分析

海上平台是开采海洋资源的关键建筑,而支撑柱在平台中起着至关重要的作用。本文建立在海水作用下支撑柱做单圆柱绕流、串列双圆柱绕流和并列双圆柱绕流的二维流场模型,运用大涡模拟方法,对这3种模型进行数值模拟,得出其瞬时流场速度云图和圆柱受力特性曲线图。模拟计算层流和湍流情况下的圆柱绕流,通过模拟结果分析流场、升力系数和阻力系数的变化规律。     

海上平台支撑柱绕流特性的大涡模拟分析

海上平台是开采海洋资源的关键建筑,而支撑柱在平台中起着至关重要的作用。本文建立在海水作用下支撑柱做单圆柱绕流、串列双圆柱绕流和并列双圆柱绕流的二维流场模型,运用大涡模拟方法,对这3种模型进行数值模拟,得出其瞬时流场速度云图和圆柱受力特性曲线图。模拟计算层流和湍流情况下的圆柱绕流,通过模拟结果分析流场、升力系数和阻力系数的变化规律。     

二维圆柱绕流的离散涡数值模拟

圆柱绕流在工程中广泛存在,通过引入离散涡方法理论,阐述了数值模拟的基本思路和具体过程.从满足物面条件的方式出发,构建了2种便于计算实现离散涡模型,数值模拟了大雷诺数条件下的二维圆柱绕流流场.模拟结果与试验和其他数值结果吻合较好,表明2种模型在处理此类问题时的经济和适用性.利用镜像法模拟所得结果较流函数方法更加精确,说明还需要对流函数模型进行更为精确的描述.     

低雷诺数圆柱绕流的大涡模拟分析

以二维圆柱为研究对象,采用大涡模拟的方法对圆柱绕流进行数值模拟。计算的雷诺数Re=400。计算结果能够清晰地反映卡门涡街的周期性脱落。通过对圆柱表面压力分布的深入探究,揭示圆柱尾流中产生周期性旋涡脱落的原因。研究结果中的阻力、升力呈周期性变化规律以及斯特劳哈尔数(St)都与前人实验结果较好吻合,说明大涡模拟能够对低雷诺数的圆柱绕流进行准确的模拟。     

超空泡航行体楔形舵片流体动力学特性数值模拟

舵片是保证超空泡航行体运动稳定性和控制航行弹道的重要部分。文章基于均质平衡流模型和SST(Shear Stress Transport)湍流模型,计算了单独舵片的流体动力特性,并与试验数据进行了对比,结果符合较好,验证了计算模型的有效性。基于此方法,计算了单独舵片发生空化后在不同操舵状态下的非定常流体动力变化。结果表明,在攻角相同时,操舵状态下舵片的非定常升力系数和定常结果差别不大,而非定常阻力系数大于定常结果,并且操舵速度越快,阻力系数越大。另外计算了舵片发生空化后的流体动力系数,结果显示在攻角相同时,舵片的阻力系数和升力系数均小于其在全湿状态下的结果;在空化状态下,舵片升力系数的斜率小于全湿状态,并且舵片升力系数的斜率是变化的,存在某临界攻角,攻角大于此临界值时,升力系数的斜率减小,而此临界攻角恰好为舵片的吸力面刚刚出现空化时的攻角;操舵状态下舵片的阻力系数和升力系数的变化规律与定常结果一致,但是数值偏小。     

导管螺旋桨水动力学性能的影响因素

为了获取导管螺旋桨水动力性能的主要影响因素，指导导管螺旋桨的优化设计，采用计算流体力学CFD对Ka4-7010+19A导管螺旋桨进行水动力性能研究，分析不同导管长度、导管攻角、螺旋桨纵倾角及多导管组对其水动力特性的影响。结果表明：减少导管长度将使推力系数及扭矩系数同时增大，而敞水效率下降；适当增加导管长度可以略微提高其敞水性能；减小导管攻角在一定进速范围内使推力系数和扭矩系数同时大幅度增加，增加导管攻角将导致推力系数和扭矩系数同时下降；当螺旋桨纵倾角保持在10°以内时，不会对敞水性能产生太大影响。对于多导管螺旋桨而言，前置、后置及不同附属导管直径大小都对敞水性能有很大影响，其中后置大导管组螺旋桨能明显降低螺旋桨扭矩系数，并且能在低进速范围内提升敞水效率。研究成果可支撑导管螺旋桨的优化设计。     

Effect of injection angle on artificial cavitation using the design of experiment method

Using the supercavitation phenomenon is necessary to reach high velocities underwater. Supercavitation can be achieved in two ways: natural and artificial. In this article, the simulation of flows around a torpedo was studied naturally and artificially. The validity of simulation using theoretical and practical data in the natural and artificial phases was evaluated. Results showed that the simulations were consistent with the laboratory results. The results in different injection coefficient rates, injection angles, and cavitation numbers were studied. The obtained results showed the importance of cavitation number, injection rate coefficient, and injection angle in cavity shape. At the final level, determining the performance conditions using the Design of Experiment (DOE) method was emphasized, and the performance of cavitation number, injection rate coefficient, and injection angle in drag and lift coefficient was studied. The increase in injection angle in the low injection rate coefficient resulted in a diminished drag coefficient and that in the high injection rate coefficient resulted in an enhanced drag coefficient.     

基于实验设计方法的人工空泡喷射角度影响（英文）

Using the supercavitation phenomenon is necessary to reach high velocities underwater. Supercavitation can be achieved in two ways: natural and artificial. In this article, the simulation of flows around a torpedo was studied naturally and artificially. The validity of simulation using theoretical and practical data in the natural and artificial phases was evaluated. Results showed that the simulations were consistent with the laboratory results. The results in different injection coefficient rates, injection angles, andcavitation numbers were studied. The obtained results showed the importance of cavitation number, injection rate coefficient, and injection angle in cavity shape. At the final level, determining the performance conditions using the Design of Experiment(DOE) method was emphasized, and the performance of cavitation number, injection rate coefficient, and injection angle in drag and lift coefficient was studied. The increase in injection angle in the low injection rate coefficient resulted in a diminished drag coefficient and that in the high injection rate coefficient resulted in an enhanced drag coefficient.     

操纵运动潜艇水动力计算研究

采用FLUENT软件对一模型艇在不同漂角下运动的升沉力系数和表面压力分布进行计算,验证了该软件解决此类问题的有效性。在此基础上,对作操纵运动的潜艇主体和带附体的全艇体,在一定攻角和漂角下的垂向力、俯仰力矩和横向力、纵倾力矩进行计算,取得了工程上较为满意、实用的精度,为解决潜艇操纵运动水动力预报的困难做出了有益的探索。     

目标覆盖层在典型浅海波导中的消声作用

应用非刚性表面声散射的物理声学方法,发展了基于射线跟踪技术的浅海波导中覆盖消声层目标回声计算的数值方法。选取Benchmark潜艇模型和两种假想的消声覆盖层(反射系数在垂直入射时相同,随角度增加的速率不同),讨论了自由空间和浅海信道中弱正梯度和负梯度两种典型声速剖面条件下刚性及覆盖消声层目标的回声特性。结果指出:由于自由空间和浅海波导中目标回声形成机理不同,这两种覆盖层对自由空间中的消声作用影响较小,对浅海波导中的消声作用影响较大;自由空间中消声覆盖层的消声作用不能完全反映其在浅海波导中的实际效果;在实际浅海波导中为了获得较好的消声作用,不仅要在0度入射角还应在小角度(0-30度左右)范围内将覆盖层的反射系数控制在较小的数值区间。     

基于均相流输运模型的二维水翼空化模拟

基于均相流输运模型对NACA661-012型水翼进行了空化数值模拟,计算了不同空化数K和不同攻角α下的升力系数与阻力系数.从流场、压力场和边界层的变化分析了空化的产生发展对水翼升力和阻力的影响.当攻角α大于8°以后,空化流动的不稳定性增强,空泡呈现出周期性的生长溃灭,并伴有升力系数和阻力系数的周期性波动.计算结果与实验进行了对比,结果吻合较好.     

楔形与船首外飘剖面的砰击研究

文章通过分析MLM解析砰击模型,提出了一种更适用于大底升角楔形体砰击的半解析砰击模型。通过采用数值仿真技术对外飘剖面入水问题的研究,指出了现有规范方法存在的不足,并扩展了半解析方法来实现外飘剖面砰击压力峰值系数的预报。在楔形剖面与船首外飘剖面的入水砰击研究中,对比了半解析砰击模型和数值仿真技术的计算结果,验证了半解析方法的可行性。     

斜向波作用下带水平多孔板开孔沉箱防波堤水动力特性研究

基于线性势流理论和匹配特征函数展开法,建立了斜向波与内部带水平多孔板开孔沉箱防波堤相互作用的解析解。通过与分区边界元解对比,验证了解析解计算结果的正确性。给出数值算例,分析了波浪入射角度、消浪室相对宽度等因素对开孔防波堤反射系数和波浪力的影响规律。研究结果可为物理模型试验和工程应用提供指导。     

基于FLOW-3D的新型桩基透空堤消浪性能研究

针对新型附带消浪板桩基透空堤消浪性能,对波浪作用下该新型透空堤的反射系数、透射系数以及波能分布进行研究.采用FLOW-3D数值模拟方法,得出消浪板的开孔率、相对入水深度以及倾斜角度变化时透空堤反射系数、透射系数以及波能分布.结果显示:1)该新型附带消浪板桩基透空堤具有较好的消浪性能,开孔率越小,其反射系数越大、透射系数...