港口煤炭堆场防风网防尘效果数值模拟研究

在港口防尘措施中,常用防风网减少煤堆向空气中排防粉尘的数量,防风网的这种屏蔽作用主要是通过风洞模拟实验加以研究的,但由于其研究成本较高,限制了很多项目研究工作的开展。以秦皇岛港煤炭堆场为例,采用计算流体力学(CFD)技术对堆场防风网建设方案进行了数值模拟计算,利用美国环境保护局推荐的煤炭堆场起尘量计算公式对计算结果进行处理,通过对各种布置方案的起尘量计算来确定港口煤炭堆场的防风网建设方案。通过防风网的数值模拟计算方法,短周期低成本的完成了各种方案的对比,为防风网的建设提供很好的技术支撑。     

防风网作用下矿石堆场抑尘率计算

基于矿石起尘规律风洞实验中的粒径分布、起动风速等参数,利用CFD数值模拟方法分别计算防风网作用下目前较常见的澳矿、巴西矿和印度矿的抑尘率。研究结果表明,应用CFD计算矿石粉尘运动的结果与风洞实验中的变化规律相符,澳矿、巴西矿和印度矿在防风网作用下的抑尘率分别为53.76%、54.18%和56.07%,防风网抑尘效果明显。     

自升式平台风载荷的空气动力学干扰研究

风载荷是白升式平台的主要控制载荷,现行规范在计算风载荷时主要采用面积投影法,不考虑空气动力学干扰的影响,结果偏于保守。以自主研发的122m（400ft）自升式平台为例,通过风洞实验得到其各风向角下的干扰因子伊。在此基础上,采用求解RANS方程的方法,结合k—ε湍流模型对风载荷的空气动力学干扰现象进行数值模拟,所得伊值与实验结果吻合良好,揭示了这种干扰现象对自升式平台风载荷的影响。     

SA与MILES模型在SFS2舰船空气流场中的模拟应用

为了研究SFS2的舰船空气流场特性,利用SA模型和MILES模型对SFS2空气流场进行数值模拟,并与风洞实验结果进行对比。计算结果显示,SA和MILES模型均能得到与风洞实验变化规律相同的时均流场结果,但MILES对尾流场的预测精度相对更高,且能得到空气流场的瞬时特性,用于更精确分析舰船空气流场。     

冲击波作用下气泡动态响应数值研究

采用边界元法模拟冲击波作用下气泡动态响应,应用Mixed-Eulerian-Lagrangian(MEL)法模拟气泡的演化。分别模拟规则冲击波和爆破冲击波与气泡的相互作用,三维数值模型计算结果与已有实验数据进行对比,结果表明,计算值与实验数据吻合良好,验证了计算模型的有效性。改变冲击波参数和气泡初始状态及特征参数,研究不同参数下气泡的动力学特性,得出规律性曲线。     

脆性冰与加筋板接触的近场动力学模拟

文章应用了一种被称为近场动力学的无网格方法来模拟层冰与加强板的接触过程。介绍了键型近场动力学的基本理论和数值方法。为了描述物体连续或不连续区域,近场动力学采用了统一空间积分—时间微分方程。短程排斥力用来描述属于不同物体内的物质点之间的相互作用力。考虑到冰的拉伸压缩强度的不同,数值模型中采用了一种弹脆性的本构模型。通过将近场动力学模拟结果与实验对比来确定应用近场动力学方法模拟冰—结构相互作用的可行性与准确性。数值模拟的冰力与冰载荷分布与实验数据和船舶设计假定一致。     

下沉式港口储煤的防风抑尘网遮蔽效果研究

用Fluent数值模拟软件,对下沉式无堆垛时防风网后的不同高度和不同水平距离处风速进行分析,通过对比无下沉式不同高度和距离风速的变化,论证新型港口储煤方式的可行性,并研究下沉式港口储煤的深度和坡度。研究结果表明,在相同防风网作用下,下沉式网后风场具有与传统网后风场相似的风速,并且具有比传统港口储煤方式储量更大、更节约场地的特点。因此,新型港口储煤方式是可行的。     

从几种船型阻力的数值计算探讨FLUENT软件

为了探讨商业计算流体力学软件在船舶数值模拟中的应用,针对目前在船舶水动力学领域广泛使用的商业流体力学计算软件FLUENT,采用其计算了几种船型的阻力,并将计算结果与试验值进行了对比.基于计算结果与试验数据的对比进行了分析,研究了FLUENT软件在船舶水动力学计算方面的优缺点,探讨了FLUENT软件用于船舶水动力学性能计算的适用性.     

空气可压缩性对船舶破舱进水的影响

在船舶破舱进水过程中,船舱内外流体动力行为非常复杂。本文采用CFD方法研究了考虑空气可压缩性影响情况下的船舶破舱进水动力学问题。研究中建立了基于求解RANS方程的船舶破舱进水计算模型,对姿态固定的破损箱型驳船进水过程进行时域模拟。将数值模拟结果与模型试验结果进行比较,验证了本研究所采用的计算模型的有效性。对数值模拟结果进行分析,如舱内水位变化情况、水体流经破口及在舱内蔓延现象及空气可压缩性对船舶破舱进水过程的影响。     

基于SPH方法的明基床开孔沉箱数值模拟研究

基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法,结合域着色(CDP)技术,建立了二维数值水槽。利用数值水槽对典型工况下规则波与明基床上开孔沉箱的相互作用进行数值模拟。对比分析文章CDP-SPH方法与VOF方法计算结果以及实验数据,结果显示文章模型与实验值更加吻合,表明SPH方法在解决大变形自由面问题上具有一定优势。随后,将数值水槽用于模拟多种工况下波浪与明基床开孔沉箱的相互作用,分析了相对基床高度和相对消浪室宽度对明基床上开孔沉箱反射系数的影响。最后,将计算得到的反射系数与实验所得经验公式进行比较,数值模拟结果与实验结果吻合良好。文章采用改进的CDP-SPH方法,大大降低了SPH方法用于计算开孔沉箱的计算量,为开孔沉箱的数值模拟提供了新的手段。     

岸边集装箱起重机风载荷数值模拟研究

岸边集装箱起重机抗风性能设计是不可缺少的控制性环节。本文对65t-65m岸边集装箱起重机风洞试验的模型进行了计算流体动力学（CFD）数值模拟。通过计算几个典型的风向角和风速工况下起重机风洞试验模型，得到了丰富的流场及压力场信息，并绘制了速度分布和压力分布图。与风洞试验的数值对比，所得误差较小，说明使用CFD数值模拟的方法计算岸边集装箱起重机风载荷是可行的。     

半潜式钻井平台风载荷CFD预报

在平台设计过程中,海洋平台受到的风载荷是稳性分析与结构设计需要考虑的重要因素。本文采用CFD技术,对某型半潜式钻井平台在作业工况下受到的风载荷进行了预报,分析了湍流模型、风速剖面形式、湍流强度分布等因素对半潜式钻井平台风载荷的影响。结果表明：不同湍流模型对海洋平台风载荷的预报偏差在2%以内,可以忽略湍流模型的影响；风速剖面对风载荷有较大影响,随着风速梯度的增加而增大；湍流强度分布对海洋平台风载荷的影响在6%以内。研究结论可为建立高精度的海洋平台风载荷数值预报方法提供技术支持。     

基于分数阶PIλDμ的船舶航向控制

船舶在海上航行时受到海风、海浪和海流等环境扰动作用,这造成在不同航速下船舶动力学模型的参数不确定性,本文对船舶本体运动和风浪流干扰进行建模,提出一种基于分数阶PIλDμ的抑制风浪干扰的的航向控制算法,并与传统 PID算法进行对比,针对某型船舶动力学模型在6级海风和5级海浪海况下进行对比数字仿真。仿真结果表明,该算法在不同航速下具有较好的控制品质和鲁棒性,对风浪干扰具有良好的适应性,可应用于船舶的航向控制,易于工程实现。     

舰艇声隐身技术研究用消声风洞设计

目前在舰艇声隐身技术领域中,螺旋桨噪声和流噪声机理研究所需要的实验手段存在明显不足,为弥补这一不足,利用空气中消声比水中容易的优势,借鉴气动声学的研究方法和实验手段,从原理分析、数值仿真和实验验证等方面,探讨了舰艇声隐身技术研究用消声风洞的一些重要设计问题,包括风洞气流通道的布局形式以抑制驱动系统的传递噪声、实验测试段的非对称布置以获得远场声学测点、低频噪声控制的实现等。舰艇声隐身技术研究用消声风洞的设计方案得到了实验结果的验证,消声风洞成为舰艇螺旋桨噪声和流噪声机理研究的一种新的实验设施。     

某科考船的阻力性能研究

文章通过模型试验及数值模拟方法对科考船的阻力性能进行研究,确定科考船的阻力情况；将船模阻力的试验值与模拟值进行对比,分析二者之间的差别,并探讨产生该差别的原因；将模型试验及数值模拟时的流场情况与阻力结果进行对比分析,通过相互验证的方式,验证船模阻力试验的准确性,并探讨计算时采用的数值模拟方法的可靠性,以期为之后船型开发提供相关的阻力性能参考,并为日后验证阻力试验的准确性提供相关依据。     

高强度洋流作用下沉管的力学性能研究

沉管水下沉放中,管节与船舶采用缆索连接吊放下沉.为解决外海复杂海况条件下,船管缆系耦合受力的状态与水下管节的位移不受控和缆力超限的问题,通过数值仿真计算和物模试验相结合的方式,分析了不同沉放深度的沉管沉放过程中,船舶受外载荷和管节水下受水动力双重作用时的动力响应情况.通过计算和试验,开展了自由状态下的衰减试验、系泊系统下模型单自由度运动衰减试验、作业状态下沉管和安装船运动响应及各缆绳的受力测量,得到系泊缆、沉管吊缆和安装缆,在浪、流组合作用下的受力和水下运动位移情况,选取了适用于本项目管节沉放施工缆系的关键力学取值,并进行了工程应用验证和对比分析,证明了该研究成果的正确性,研究成果可为类似工程大型构件水下精确沉放和施工提供技术依据.     

基于时间步长自适应技术的海上浮基风电平台绕流数值模拟分析

圆柱绕流问题对于研究海上浮基风电平台在波浪和海流作用下的动力特性以及开发深海风能具有重要的理论和工程应用价值,很多不可压缩流体力学数值模拟方法都基于圆柱绕流的实验或计算结果进行验证。基于自适应时间步长理论及小雷诺数（Re=100）情况下,采用有限体积法,借助FLUENT软件中的用户自定义（UDF）功能,通过二次开发在FLUENT中实现圆柱绕流的数值模拟,并对计算结果与先前的研究结果作了比较,依此来验证时间步长自适应技术和精细边界层网格设计的合理性。计算结果表明了该方法能有效获得准确的流体动力学参数并提高数值模拟计算精度,为该领域的深入研究提供依据。     

潜堤及透浪式建筑物的波浪数值模拟研究

在工程设计中会遇到大范围潜堤及透浪式建筑物条件下的泊稳问题，物理模型试验受场地限制难以实施。尚无有效的解决实际工程问题的平面二维数值模拟方法。文章以某港为例，采用断面物理模型试验和数学模型试验相结合的方法，将断面物理模型试验实测的透射系数作为数学模型的输入条件，通过在数学模型中设置虚拟潜堤的方法有效模拟了潜堤的透射和反射。该方法为解决潜堤及透浪式建筑物的越浪与透浪问题，提出了一种有效的数、物模相结合的数值模拟方法，为港口总平面设计提供了科学的研究依据。     

自升式钻井平台风载荷研究

以海洋钻井平台风载荷计算为研究对象,将船级社规范、CFD计算流体力学计算、风洞试验和一种土木工程方法分别应用于一自升式海洋钻井平台的风载荷计算,并详细比较了各方法间存在的差异,比较论证了土木工程方法作为自升式钻井平台风载荷计算的参考价值。