考虑侧壁面效应的拍动翼推进特性数值模拟研究

本文基于重叠网格技术,采用商业软件Fluent对考虑侧壁面效应下的拍动翼推进特性进行了数值模拟研究,系统地分析了不同侧壁面距离下的拍动翼推进特性。结合推力系数及推进效率,分析发现存在最优侧壁面距离。通过对不同侧壁面距离下拍动翼后方的涡流场结构及速度压力分布云图进行分析,从流动机理的角度对数值预报结果进行了解释。     

不同来流条件下翼型积冰特性及其气动性能衰退规律数值模拟研究北大核心CSCD

[目的]旨在研究在寒冷环境下空气中大量存在的过冷水滴在船舶动力系统进气道中结冰对进气系统气动性能的影响。[方法]首先,以NACA 0012翼型为研究对象,对该翼型的气动性能进行数值计算,通过与实验值对比,验证所建立的模型和数值模拟方法的有效性;其次,采用拉格朗日法对过冷水滴的撞击特性进行数值模拟研究,采用用户自定义函数(UDF)对商业软件Fluent进行二次开发,对不同来流条件下该翼型的水收集系数进行数值模拟分析;最后,结合动网格技术和UDF自编程序对该翼型的结冰特性进行单向耦合的数值模拟研究,并分析结冰后的翼型气动性能。[结果]结果表明,来流攻角和水滴直径对水滴的撞击范围和及收集系数有较大影响,来流速度对水滴的撞击范围影响较小,但对水收集系数有一定影响。此外,在0°攻角条件下,翼型前缘积冰对其气动性能影响较小,但是,在5°攻角条件下,前缘积冰对其气动性能有严重影响。[结论]研究结果可为船舶动力系统进气道结冰预测分析以及后续防冰工作提供参考。     

考虑壁面效应的摆动翼推进特性数值模拟

采用重叠网格技术对考虑壁面效应的摆动翼的推进特性进行数值模拟。系统地分析壁面距离、摆动运动幅值和无量纲频率f*对摆动翼推进特性的影响,并将其与自由流场中的摆动翼推进结果相对比。研究结果表明,摆动翼的推力随着壁面距离的减小呈现出逐渐增大的趋势,且存在最佳壁面距离对应最大推进效率。此外,对不同壁面距离下摆动翼后方的涡流场结构进行分析,从流动机理的角度对数值模拟结果进行解释。     

地效翼气动力特性的数值预报

本文采用CFD技术,对存在地面效应时二维机翼在粘性流场中的空气动力特性进行了研究.结果表明:与模型试验数据相比,基于RANS方程的CFD方法能够准确预报机翼的气动升力和力矩.同时,除相对飞高外,翼剖面的厚度和拱度对地效翼的气动力特性也有重要影响.进而,作者对应用CFD分析或辅助地效翼气动力风洞试验进行了探讨.认为采用固定地板模拟地面效应与采用活动地板的模型风洞试验结果之间有很大差别,而风洞的壁面效应相比较而言可以忽略.     

二维地效应翼性能及流场的数值模拟

本研究以隐式差分方法求解不可压ＲＡＮＳ方程，对二维地效应翼的性能及周围流场进行数值模拟。数值方法基于Ｃｈｏｒｉｎ的伪可压缩性方法，应用近似因式分解方法同时求解速度和压力场。     

基于SPH方法的浅水爆炸研究

通过SPH方法,利用Fortran编程,首先对自由场中装药爆炸进行模拟,将结果与经验公式对比,验证Fortran程序的有效性和正确性。然后对浅水爆炸问题进行数值模拟,再现浅水爆炸的基本物理现象,研究浅水爆炸相对于无限水域爆炸所独有的压力和冲量特性;通过对浅水爆炸不同参数的研究,给出了不同爆深对压力和冲量的影响,分析水底泥沙密度对冲击波压力的影响,给出不同泥沙密度下浅水中压力的变化规律。研究表明,浅水爆炸同时受到水面和水底的作用,水面效应使压力曲线产生截断效应,底部效应会增加压力脉宽。随着爆深的增大,压力曲线逐渐由削弱峰值、削弱脉宽过渡为增大峰值、增大脉宽,冲量逐渐增大,水冢逐渐减小;随着泥沙密度的增加,浅水中压力峰值增大,作用脉宽也增大,直达波、水面反射波以及水底反射波的相互作用更加明显。本文研究旨在揭示上述问题的作用机理,总结规律性结论,为舰船水下爆炸结构响应预报和舰船结构的防护设计提供参考。     

某型地效翼船翼型选择分析

地效翼船(WIG)是一种融合了航空技术与船舶技术的新型高性能船舶,而机翼是产生地面效应和提供升力的主要部件,翼型的优劣直接影响地效翼船的飞行性能.根据某型地效翼船的气动布局特点建立分析模型,采用面元法对2种翼型的气动特性进行计算.对比2种翼型的特性曲线,结果表明,在同一条件下,2#翼型具有更大的升力,地效翼船的起降性能更优越,因此该型地效翼船的机翼更适合采用2#翼型.     

船用离心风机壁面周向压力脉动测试及分析

为分析蜗壳壁面动态压力沿周向的变化规律,搭建离心风机实验台,利用高频动态压力传感器对离心风机蜗壳壁面沿周向11个位置动态压力进行了测量。通过对测量结果的分析、处理,分析各位置不稳定流动情况以及涡流脉动强度,确定了压力脉动数值最大位置,得出了动态压力大小及频率组成沿风机周向的变化规律。     

直翼推进器水动力性能数值模拟

在直翼推进器的工作原理分析的基础上，以某型直翼推进器的缩比试验模型为研究对象，利用基于计算流体力学的数值模拟方法进行了建模与仿真，并通过将数值仿真结果与试验数据相比较的方法验证了仿真方法的准确性。在此基础上，对直翼推进器的流场特性、敞水性能、桨叶及整桨载荷等水动力特性进行了分析，为直翼推进器水动力性能预报及桨叶及推进器设计提供了技术支撑。     

翼/板结合部涡旋流动结构与壁面脉动压力的大涡模拟研究

壁面脉动压力是湍流非定常特性的重要表征,而且是重要的流体动力声源,所以对于脉动压力的研究已经成为流声耦合研究领域的重要课题。文章采用大涡模拟方法结合动态Smagorinsky亚格子涡模型,数值计算了两型翼/板结合部在不同流速下的湍流脉动压力,并展示了结合部马蹄涡流动结构。通过将计算结果与试验结果进行对比分析可知,数值计算方法能准确地预报湍流脉动压力,从而为理解翼/板结合部非定常流动的物理机理奠定了基础。     

基于气垫效应的二维楔形体入水砰击载荷预报方法研究

本文对二维刚性楔形体入水砰击问题进行研究,将数值模拟与模型试验结果进行对比分析,验证利用数值模拟方法研究入水砰击问题的可行性。获得气垫效应、斜倾角、入水速度对楔形体入水砰击压力峰值的影响规律,并分析了气垫效应对压力峰值的影响机理。最后对砰击载荷预报方法进行研究,获得不同斜倾角、不同速度下楔形体入水砰击压力峰值的预报公式。     

考虑底壁面效应影响的三维扑翼推进特性研究

本文采用重叠网格技术对考虑底壁面效应影响下的三维拍动翼的推进特性进行了数值模拟研究,计算时选取的特征雷诺数为1.0×104.数值模拟结果表明:底壁面的存在对拍动翼的水动力特性以及周围的流场结构都产生了很大影响;与无界流场相比,当拍动翼运动至底壁面附近时,将会产生明显的推力增大(高斯特哈尔数)现象,并且伴随着升力急剧增大;此外,由于拍动翼与壁面之间的相互作用,拍动翼周围的涡环变成了半月牙形.本文研究成果可为今后仿生扑翼的样机研制提供技术依据和参考.     

考虑底壁面效应影响的三维扑翼推进特性研究（英文）

本文采用重叠网格技术对考虑底壁面效应影响下的三维拍动翼的推进特性进行了数值模拟研究,计算时选取的特征雷诺数为1.0×104。数值模拟结果表明:底壁面的存在对拍动翼的水动力特性以及周围的流场结构都产生了很大影响;与无界流场相比,当拍动翼运动至底壁面附近时,将会产生明显的推力增大(高斯特哈尔数)现象,并且伴随着升力急剧增大;此外,由于拍动翼与壁面之间的相互作用,拍动翼周围的涡环变成了半月牙形。本文研究成果可为今后仿生扑翼的样机研制提供技术依据和参考。     

基于气垫效应的二维楔形体入水砰击载荷预报方法研究

本文对二维刚性楔形体入水砰击问题进行研究,将数值模拟与模型试验结果进行对比分析,验证利用数值模拟方法研究入水砰击问题的可行性.获得气垫效应、斜倾角、入水速度对楔形体入水砰击压力峰值的影响规律,并分析了气垫效应对压力峰值的影响机理.最后对砰击载荷预报方法进行研究,获得不同斜倾角、不同速度下楔形体入水砰击压力峰值的预报公式.     

数值模拟不同艉翼型式在相应位置的潜艇尾流场

本文通过改变艉翼的型式及布置位置，对SUBOFF潜艇模型的尾流场进行了数值模拟计算。采用k—ω湍流模型，经求解RANS方程分别得到十字形艉翼、X形艉翼及其不同布置位置下的尾流场分布。通过对计算结果的比较，分析了艉翼型式及布置位置对潜艇尾流场的影响。     

大厚度带端板地效翼的空气动力特性

本文是以修改的Grenn Martin 21型为基本翼型,进行了风洞试验以确定大厚度带端板地效翼的纵向空气动力特性。 试验结果表明:大厚度带端板翼的地面效应是强烈的,当翼接近地面飞行时,升阻比和升力曲线的斜率都显著增加,由于气动力中心后移,随之产生低头力矩,可能造成纵向不稳定,因此气翼艇有必要装置稳定翼。     

双列V型惯性汽水分离器性能研究

利用数值模拟与试验验证相结合的方法对双列V型惯性汽水分离器性能进行了研究,得到了不同叶片间距条件下双列V型惯性汽水分离器的气动性能以及分离效率特性。选取特定的叶片间距的试验模型在专门风洞试验台上进行了气动性能试验研究,试验结果与数值模拟结果吻合性良好,研究结果可为惯性汽水分离器的性能研究与设计优化提供参考。     

机翼翼端与固壁之间隙流动的数值模拟

本文通过求解不可压缩流体RANS方程,对机翼翼端与固壁间隙流动进行了数值模拟。计算采用Chiorin提出的人工可压缩性方法及Baldwin-Lomax零方程湍流模式。针对间隙流动的特殊性，引进了流场分块的思想以降低网络生成难度、提高网络质量。为了验证计算方法的精度，首先对三维叶栅与固壁之间隙流动进行了数值模拟，计算结果与试验比较吻合良好。在此基础上，对高雷诺数下机翼翼端与固壁间隙的流流动进行了数值模拟，着重是隙的变化对机翼总力的影响、翼端分离涡的形成和发展以及导边附近马蹄涡的出现和消失、间隙内二次流动的特征待方面进行了分析。     

三维流场下地效翼船巡航状态非线性κ-ε湍流气动的数值模拟

本文提出了一种可以较精确地计算地效翼船巡航状态下气动力的设计方法,应用流体力学中线性和非线性湍流理论并结合有限元法对地效翼船进行了气动性能计算,并结合实验数据对比,可以发现应用非线性湍流理论计算值较为精确.同时又将单算主翼气动性能与计算整体地效翼船数值进行对比,发现单算的主翼气动力大于整体算法的,这主要是未考虑主浮舟等附体对气动力的贡献.作为设计之初可以考虑单算主翼,但随着工作的深入一定要对地效翼船整体气动力性能进行研究,以确定巡航状态下是否提供足够的升力,这是地效翼船设计的关键.在进行整体和单体计算后又进行了不同高度下的气动力分析,分析表明随高度增大地效翼船升力明显减少,并得出适合地效翼船巡航的高度.     

基于旧码头改造的钢管板桩结构静力分析

结合国内某港区散杂货泊位改造工程,对基于高桩码头改造所产生的新建钢管板桩结构进行数值分析。首先,建立数值模型,将传统板桩码头前墙结构受土压力作用的数值计算结果与理论计算结果进行比较,验证数值方法的准确性;其次,基于此数值方法建立研究土体边界选取的三维数值模型,分析土体的边界范围对码头结构应力的影响;最后,对钢管板桩结构进行运营荷载作用下的三维数值模拟,对结构的应力及位移进行分析。通过数值模拟及理论分析发现:在钢管板桩结构数值模型中,当土体边界达到60～80 m时,可以忽略土体的边界效应;在码头面设计荷载作用下,新建结构所受土压力和产生的位移小于传统的板桩码头结构。