水下航行体热尾流浮升特性研究

水下航行体排放的热尾流的浮升规律及其水面温度分布特征是红外探测的基础。本文从热尾流形成过程出发,建立水下射流的二维计算模型。基于Fluent软件的湍流数学模型,对温度分层和均匀环境介质中的热尾流的浮升特性及水面温度分布进行数值计算,并以VOF方法追踪了温度分层环境中的尾流界面,得到热尾流的轨迹与温度的衰减规律,对比分析温度分层环境与均匀介质环境中的异同。     

水下航行体热尾流特性的技术融合

为得到红外探测水下航行体中全面的热尾流特性,提出一种技术融合的研究方法,即先将水下航行体排出的冷却水形成的热尾流近似为圆形断面的自由湍流热射流,在密度分层环境中,根据射流的积分方程建立热尾流特性的计算模型;再采用Runge-Kutta法进行数值仿真;最后利用含少量黑墨水的尾流流迹摄影、数字温度传感器多点测温和红外成像等技术进行融合实验研究。研究得到了热尾流浮升轨迹的发展、高度的增长、宽度的扩展、时间的增长、温度的分布和水面红外图像的变化等规律。仿真与实验结果的相符验证了研究方法的可行性。研究方法和所得结果有助于红外探测水下航行体技术的发展。     

基于三维动网格技术的潜艇热尾流浮升规律及水面温度特征研究

准确获得潜艇热尾流浮升、扩散规律及其水面温度分布特征是发展红外探潜技术的关键。本文基于动网格技术,建立潜艇水下航行三维计算模型,分别采用壁面法与VOF法对潜艇热尾流浮升过程进行仿真。研究获得了潜艇热尾流的浮升、扩散规律及其水面温度分布与红外识别特征。在此基础上,分析了不同冷却水排放方案下热尾流水面温度分布特征的变化规律,提出了抑制热尾流浮升、减弱水面温度特征的方法。本文研究结果可为下阶段的实验研究与测量提供一定理论基础。     

基于动网格技术的潜艇热尾流浮升规律研究

针对基于相对运动的"排水法",无法全面、准确地反映潜艇热尾流浮升扩散规律,建立基于动网格技术的潜艇水下航行的二维计算模型,利用流体计算软件Fluent对潜艇排放过程中的流动-传热过程进行数值模拟。采用网格重构和网格光顺方法结合Profile运动边界驱动机制实现网格区域运动,确保模型符合实际运动规律。研究动网格技术和"排水法"热尾流最大浮升高度沿流向分布情况,最大浮升高度和中心温度随时间的变化规律。研究结果表明:动网格技术对于潜艇航行过程中的热尾流浮升过程有较高的计算精度;模拟结果捕捉到了浮升过程中流动和传热的瞬时变化,揭示了热尾流浮升扩散的规律。研究结果进一步为潜艇红外特征研究提供了理论支持和方法思路。     

单体热射流水团浮升扩散规律研究

水下航行体热射流排放可能会在水面上形成一定的红外特征,该红外特征会影响到其本身的隐身性能,因而研究热尾流的浮升扩散机理具有重要的意义.建立研究水下单体热射流水团浮升扩散规律的二维数学模型,利用Fluent软件对热射流浮升扩散规律进行二维数值模拟研究,利用SST k-omega湍流模型和有限体积法,得到单体热射流水团在水...     

横流环境中冷却水排放浮升规律

冷却水排放浮升规律对红外隐身的研究具有重要意义。冷却水排放过程可以简化为横流环境中的水平热射流过程,本文在有限体积法的基础上采用Simple算法和Realizable k-ε湍流模型对热射流浮升过程建立三维数学模型,并进行数值模拟。数值模拟结果显示热射流三维浮升轨迹线与文献中的实验结果吻合良好,浮升迹线验证了该模型和方法的准确性。利用该数学模型进一步计算比较了不同流速比和不同环境流速下的浮升规律和温度分布特性,分析得到了流速比和环境流速对热射流浮升轨迹和中心温度的影响规律,为基于红外特征的冷却水排放规律研究提供了理论依据。     

基于CFD的潜艇排放口结构优化与仿真分析

潜艇的排放口结构对排放冷却水的热分布规律有直接影响,因此排放口结构优化对潜艇红外隐身同样具有重要意义。根据计算水动力学和传热学等相关理论,建立了潜艇冷却水排放过程的数学模型,基于标准k-ε模型和有限体积法进行CFD数值模拟。对比分析了圆形、长圆形等不同排放孔形状和不同疏密程度的排放孔排布时,排放口壁温与热尾流温度的分布特性。仿真结果表明,长度方向与航行方向平行的长圆形排放孔和采用交叉排列形式均有利于冷却水热尾流的热量扩散,更有利于潜艇的红外隐身。     

大推力水下航行器运动偏移特性数学建模

水下航行器在维持深水域航行探测时需要大推力辅助,很容易产生运动偏移,为了提高水下航行器运动偏移特性数据分析的准确度,设计应用数学坐标建模思想,建立航行器偏移特性数学模型。引入地面坐标系和水下局部坐标系,建立整体坐标系概念,将航行器运行轨迹看做静态坐标变换过程,构建2项坐标转换方式,为了简化计算步骤,根据坐标系概念确定当前航行器水下流体微元,在浮力、环境力和重力引导下确定航行器运动方程表达式,依据运动方程表达式建立矢量控制模型,最终根据欧拉角关系速度矢量和偏转特性,解析控制模型,获取最终数据结果。实验数据表明,该分析模型法向阻力系数计算准确度提高了27%,切向阻力系数提高了22%,可以有效提高数据计算的准确度。     

水下航行体尾流演化特征的数值模拟研究

采用数值模拟方法研究水下航行体标准模型Suboff的尾流场,重点研究航行体艇体、尾舵和指挥台尾流的演化及其干涉特征。研究结果揭示了艇体尾流速度很快满足Gaussian分布的自相似特征,艇体与尾舵相互作用后的尾流速度接近Gaussian分布特征,但艇体与尾舵、指挥台三者相互作用后的尾流速度则明显不满足Gaussian分布特征。因此,数值计算的研究结果明确尾舵对整个航行体尾流的影响在设计中几乎可以忽略不计,但需要考虑指挥台对整个航行体尾流的影响。     

水下航行器被动声引信波形和空间特性分析

针对水下航行器被动声引信使用条件的特殊性,讨论了水下航行器被动声引信接收的目标辐射噪声波形特性和空间特性.计算了实测噪声数据的偏度、峰度、自相关函数和频谱,讨论了噪声的分布特性、时间相关性和频域特性.考虑换能器接收指向性和典型态势,建立了被动声引信目标辐射噪声的空间模型并进行仿真分析.计算和分析结果表明,水下航行器被动...     

自动力潜艇热尾流水面热特性的实验研究

本文研究了实验水槽中自动力潜艇热尾流水面热特性,消除了除潜艇自身特征外其他拖动组件对热尾流扩散的影响,更加准确地再现了热尾流的扩散过程.通过热尾流温度分布预测了潜艇热尾流由热流区和冷热流混合区2个区组成,解释了2个区形成的过程,而热流区几乎全部由热流团组成,而且温度相对更高.红外热像仪拍摄的潜艇热尾流水面温度场分布图再次验证了热尾流水面热特性预测的正确性.本文对红外遥感探潜具有一定的参考价值.     

基于IVCBC涡方法高雷诺数下串联双圆柱的数值计算模型及其尾流特征研究

针对串联双圆柱的结构特点,利用IVCBC涡方法适合高雷诺数下数值计算的特点,建立了高雷诺数下串联双圆柱绕流的数值计算模型;采用经典算例验证了IVCBC涡方法的收敛性;探索了雷诺数为2.5×104、间隙比分别为1.1,1.25,2,2.5,3,3.25和4的串联双圆柱绕流的尾流特征;清晰地展示了尾流中较小的漩涡的形成、分裂和融合,详细地阐述了串联双圆柱流体特征发生突变的原因;深刻地揭示了串联双圆在高雷诺数下的绕流机理。研究表明:尾流模式与经典的实验尾流模型吻合较好,两圆柱中间的涡对是串联双圆尾流发生突变的主要原因;间隙之间时,间隙上部小漩涡形成、间隙中间流体的振动与下游圆柱表面上涡的脱落是同步的;该流体模式能清晰地展示尾流中较小漩涡,说明与有网格方法比较,该计算模型具有较大的优越性,为进一步研究高雷诺数下串联双圆柱流体力的特征提供了重要的研究工具。     

舰船主尺度参数对舰船气泡尾流几何特性的影响

为了解舰船主尺度参数对尾流中气泡分布的影响,为依据尾流特征识别舰船,激光、声探测舰船尾流以及鱼雷的尾流自导提供依据,采用热分层环境下舰船远场尾流中气泡数密度分布计算的数学模型.首先数值计算驱逐舰尾流中气泡数密度的衰减规律,并与实测结果进行比较,二者定性符合得较好.然后利用该模型数值计算3种典型舰船的气泡尾流几何分布特性,分析船长L、船宽B、吃水T、长宽比L/B以及长度吃水比L/T等舰船主尺度参数对气泡尾流长度、宽度、深度及横截面分布的影响规律.     

尾涡/固体边界交互作用下表面压力的数值模拟

当强劲的尾涡撞击到结构时,其表面压力将呈现大幅的变化.这种大幅变化的脉动压力是引起结构震动以及水动力噪声的主要原因之一.许多相关的工程领域都希望使用相对经济的方法对此压力脉动进行有效地预报.本文介绍一种已经嵌入一面元法程序(PROPELLA)的尾涡砰击模型,及其在一吊舱桨尾涡撞击支柱诱导表面压力模拟中的应用.由模拟的时均表面压力分布和相均压力的时序变化与对应的实验数据的比较来看,数值模拟与试验结果吻合较好.     

舰船气泡尾流数值模拟(英文)

Based on a volume of fluid two-phase model imbedded in the general computational fluid dynamics code FLUENT6.3.26, the viscous flow with free surface around a model-scaled KRISO container ship (KCS) was first numerically simulated. Then with a rigid-lid-free-surface method, the underwater flow field was computed based on the mixture multiphase model to simulate the bubbly wake around the KCS hull. The realizable k-ε two-equation turbulence model and Reynolds stress model were used to analyze the effects of turbulence model on the ship bubbly wake. The air entrainment model, which is relative to the normal velocity gradient of the free surface, and the solving method were verified by the qualitatively reasonable computed results.     

寒潮所致混凝土箱梁桥温度应力分析

以降温幅度和降温持续时间为特征值构造了寒潮强度函数,引入箱梁截面基于传热学意义上的特征长度概念,采用ANSYS有限元软件按热传导第三类边界条件分析了某3跨等截面连续梁桥在各种强度的寒潮温度荷载作用下的瞬态温度分布和时程温度应力。考察了该桥的寒潮效应随寒潮强度、箱梁表面的对流换热系数和箱梁截面特征长度的变化而变化的规律,对混凝土箱梁桥寒潮温度效应的敏感影响因素进行了识别。     

舰船尾迹气泡上浮运动的一种表征模型

气泡上浮运动是舰船远程尾迹气泡场特征的重要组成部分。本文首先综合考虑水中气泡上浮与扩散传质这两个相互耦合的因素，构建了能够表征舰船远程尾迹场中气泡上浮运动的数学模型：进而利用该模型计算分析了远程尾迹气泡场气泡数密度的变化情况，计算值与实验结论吻合良好，表明了该模型的正确性与应用价值。     

船模伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响

介绍Hoekstra船模伴流修正方法、伴流模拟方法及螺旋桨激振力测量的试验过程。以第16届ITTC推荐的Sydney Express桨为研究对象，在上海船舶运输科学研究所空泡实验室用网格方法模拟船舶艉部流场，通过布置在桨模上方相应位置平板上的5个传感器进行了脉动压力测量。比较螺旋桨在船模伴流场和使用Hoekstra法换算得到的实船伴流场中工作时激振力的预报值及桨模空泡形态，并与实桨对比，就伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响作了探讨。     

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.