挖泥船绞刀二维清水流场数值模拟

基于时均N-S方程对绞刀内部及周边流场进行二维数值模拟分析,采用标准k-ε湍流模型与多参考系模型对绞刀进行动静耦合的定常数值计算,获得不同绞刀转速与泵吸流量组合时的流场状态。以定常湍流计算作为初始条件应用RNG k-ε模型和滑移网格技术进行了绞刀流场的非定常数值计算,得到了流场参数随时间变化及动静区域间的影响与干涉。研究成果有助于初步认识绞刀内部及周边流场,可供绞刀设计及挖泥船施工参考。     

汽轮滑油泵钻孔喷嘴流场的数值模拟

利用商用CFD软件对某型汽轮滑油泵钻孔喷嘴进行了数值模拟,研究了4种不同背压(0.12 MPa、0.4 MPa、1 MPa、1.6 MPa)条件下钻孔喷嘴内部的流场变化。模拟结果表明:当背压较小时,背压不影响喷嘴内部流场;随着背压的增大,喷嘴内部产生激波,造成激波损失;激波后存在逆压梯度,导致边界层分离,进一步增大流动损失,气动性能恶化;当背压很大时,喷嘴内为亚声速流动,流量迅速减小。     

月池对振荡浮子式波能装置转换效率的影响

为了提高波能装置转化效率,提出了一种新的基于月池结构的振荡波能装置模型.基于势流理论,建立了振动浮体的一维频域运动方程,根据振动特性,分析了最佳弹簧刚度系数及最优输出阻尼,得到了波能装置最优效率表达式.结合复杂流场边界条件,基于特征函数展开匹配法,研究了各子域的速度势函数表达式,得到了振荡浮子的附加质量、阻尼系数及波浪激励力的表达式.为了得到月池结构对转换效率的作用并消除尖端共振带来的影响,计算了振荡圆盘在有无月池结构下的转换效率比.数值结果表明:在有效频率范围内,月池对振荡浮子获能效率有较大的提升作用;增大月池外部半径或减小内部半径时,装置低频部分有效频率范围增大,而高频部分有效频率范围上下限均发生变动.     

数值/解析混合方法计算含复杂结构的有限长圆柱壳体声辐射

本文研究了含复杂内部结构的水中有限长圆柱壳体的受激振动和声辐射问题。壳体的振动方程由Donnell方程描述，内部支座结构的作用由有限元方法计算，采用数值／解析混合计算方法对具有支座结构壳体的声辐射进行预报。首先分析了数值计算中水负荷计算简化对计算壳体激励力的影响，而后讨论了内部具有支座结构的有限长壳体的声辐射特性。解析的方法有助于分析壳体产生声辐射的机理；有限元数值计算方法能够针对壳体内部不规则的结构进行计算，数值／解析混合计算方法结合了两种方法的优点，使得能够对含复杂结构的壳体振动和声辐射情况进行预报。     

泡状流中空化与激波相互作用的数值模拟

文章针对定常可压缩泡状流中回转体的空化绕流进行了数值模拟,在给定来流速度和环境压力的条件下,对不同含气率下的空化与激波的相互作用进行了研究。首先,对含气率为0的情形进行计算并同试验数据进行对比,证明所采用的计算模型是可信的。其次,改变流场含气率从0至0.5进行计算,结果表明,随着含气率的增大,流场的可压缩性随之增强,体现为数值模拟得到了回转体绕流流场的3种波系,包括回转体头部处的脱体激波、分离面处的膨胀波和空泡尾端的斜激波。而空化与激波的相互作用则体现为:头激波削弱了空化效应,使得空化区域减小;由于空泡外形的影响,使得空泡尾端出现了斜激波;含气率超过一定值,空泡已经无法闭合在物面上,而是闭合在空泡尾端的激波面上,体现为空泡尾端壁面逆压梯度趋于平缓。计算结果揭示了泡状流中空化与激波相互作用的新的物理现象。     

混合轴承动特性简化计算方法

用一维流计算原理分析了多腔混合轴承的动态特性，计算了典型的毛细管节流四腔轴承在各种设计参数下线性化的刚度系数和阻尼系数，从而得到了轴承相应的刚度和稳定性速度阈值，将这种简化计算方法得到的数据与传统的雷诺方程数值解法得到的数据相比较，讨论了前者的误差影响，在常用工况条件下，其计算结果满足工程需要。     

混流喷水泵内流场及叶片数匹配数值研究

以混流式喷水推进泵为研究对象,应用三维Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras单方程模型,以NUMECA数值平台进行了喷泵内部流动的数值模拟。文章介绍了喷泵的全工况特性和其内部流动状况随流量的变化情况,而后调整动、静叶片数的匹配状况,了解动、静叶叶栅稠度的改变对喷泵性能和内部流场的影响,最终得出最优的动静叶片数组合。     

蒸汽流冷却水喷雾掺混蒸发过程一维数值模拟

通过分析高温水蒸汽流中冷却水喷雾液滴的蒸发和液滴与蒸汽流之间的掺混过程,建立描述蒸汽流动和液滴运动变化的数学物理模型。基于欧拉拉格朗日方法和SIMPLE算法设计了一维程序进行仿真计算,获得了试验器中蒸汽相压力、温度、速度的分布及冷却水喷雾液滴的粒径、速度、温度的变化过程。针对不同的冷却水喷嘴结构和工况参数进行一维仿真计算,得到各参数对掺混蒸发过程的影响,为合理控制蒸汽流冷却过程提供指导。     

对接焊接头固有应变的影响因素

基于热弹塑性有限元法采用多线性各向同性强化原则对船级钢对接接头的焊接过程进行了数值模拟,研究了热输人参数以及焊道数对其固有应变的影响.研究结果表明,随着热输人参数增大,横向和纵向固有应变也增大,且与热输入参数成正比关系,而角变形则存在一个最大值;随着焊道数增多,固有应变随之增大,这与理论公式计算得到的结果相一致.当多道焊的中焊道最大线能量与单道焊基本相同时,焊道的影响系数是决定固有应变的主要参数.     

浅水中船舶水动力特性数值计算

本文对浅水中船舶水动力特性进行数值计算研究.采用RANS方程结合RNG K-ε两方程湍流模型,对一方形系数0.6的系列60船模在浅水中的阻力、升沉、纵倾和兴波进行数值计算,其中自由面采用VOF方法处理;计算中,水深Froude数范围0.6～1.8,包含了临界和超临界水深Froude数.数值计算得到的阻力、升沉和纵倾与模型试验结果及采用三维扩展Boussinesq方程的计算结果进行了比较分析,吻合较好,部分计算结果得到改进.     

空中爆炸下舰船桅杆结构动态响应的数值模拟

对某舰的桅杆结构及相关甲板,用Lagrange单元进行模拟,桅杆周围的空气用Euler单元进行模拟,Lagrange单元和Euler单元耦合界面采用一般耦合方法.运用动力有限元软件MSC/DYTRAN进行计算,欧拉方程求解时使用具有二阶精度的Roe求解器,用MSC/PATRAN进行前后处理,模拟了桅杆结构在空中爆炸下的全过程.从计算结果可以得到爆炸冲击波的传播过程,桅杆结构中各点的加速度、速度、位移、应力响应.分析爆炸冲击波的比冲量及靠近桅杆结构的冲击波峰值压力表明本文计算结果是合理的;计算中考虑了流固耦合效应,模拟出了冲击波的反射和绕流,更加接近实际情况.因此文中的研究,对桅杆抗爆设计具有一定的参考价值.     

近自由面水下爆炸冲击波切断效应研究

近自由面水下爆炸形成的冲击波到达自由面时会反射稀疏波,并伴随着水面的上升、破碎和飞溅等复杂物理现象。文章基于无网格SPH方法建立了近自由面水下爆炸数值模型,开发了计算程序,模拟了冲击波和自由面反射的稀疏波的相互作用过程,分析了切断现象的特性、产生机理以及对冲击波参数的影响。研究发现,爆心正上方且距自由面较近处,稀疏波作用最强;近自由面爆炸冲击波冲量可衰减为无限水域爆炸的1/3左右。文中的研究旨在探索冲击波在自由面处的传播规律,并为近自由面水下爆炸载荷的确定提供参考。     

空中爆炸下舰船桅杆结构变形及破裂的数值模拟

对某舰的桅杆结构及相关甲板，用Lagrange单元进行模拟，桅杆周围、内部的空气用Euler单元进行模拟，Lagrange单元和Euler单元耦合界面采用一般耦合方法。运用动力有限元软件MSC／DYTRAN中的多欧拉-拉格朗日耦合方法，欧拉方程求解时使用具有二阶精度的Roe求解器，用MSC／PATRAN进行前后处理，模拟出了桅杆结构在空中爆炸作用下的变形及破裂。在破口处，冲击波传入桅杆内部，使内部空气压力发生变化。数值分析表明，应变率对结构非线性变形影响较大，计算中应当予以考虑。     

Hydrodynamic forces on a two-dimensional multihull structure in waves: application of the scattering matrix theory

The diffraction and radiation problems of a two dimensional multihull structure were investigated by application of the scattering matrix theory. The scattering matrix theory is widely used to analyze wave interaction problems in various scientific fields. The research is focused on the zeros of the wave exciting force near resonance, which occurs both in the diffraction problem and the radiation problem. At the zeros of the wave exciting force, the wave exciting force for the overall structure is zero, but each demihull undergoes wave excitation. At near-resonant frequencies, the amplitude of the traveling wave between adjacent demihulls becomes very large and the demihulls experience very large wave forces. A number of simple equations for representing the hydrodynamic properties of the multihull structure at the zeros and near-resonant frequencies are obtained. Numerical examples show that these simple equations well explain the hydrodynamic forces and the wave system in the spaces between the demihulls.     

金属导爆索网栅结构水下爆炸声学特性研究

为了获得连续水下爆炸声源,文章设计了金属导爆索网栅结构,并开展了水下爆炸压力测试和气泡脉动实验,研究了金属导爆索网栅结构水下爆炸的声压级特性,水下爆炸的声持续时间,对应的混响效应,利用Hilbert-Huang变换对水下爆炸信号的频谱特性进行了分析.研究结果表明:金属导爆索网栅结构水下爆炸可根据设计连续产生多个脉冲冲击波信号,形成近似平稳的连续波,随后产生的气泡脉动和混响效应能够明显提高水下爆炸声的持续时间;金属导爆索网栅结构具有很强的声功率,水下爆炸声压级最高能够达到249 dB,爆炸60 ms后金属导爆索的爆炸声压级仍在200 dB以上;金属导爆索网栅结构水下爆炸声频率范围广,在100 kHz以下低频段能量最高.金属导爆索网栅结构水下爆炸脉冲信号频率成分丰富,具有低频和瞬时的特点,且大部分集中在100 kHz以下,尤以50 kHz以下的最为明显;脉冲信号具有多个能量峰值,能量值较集中,波动能量基本上都集中在频率为100 kHz范围以内,尤以50 kHz以下的低频能量最大,高于100 kHz以上频段的能量的分量很小.脉冲冲击波的个数和声持续时间可由金属导爆索网栅的排列方式和长度控制,脉冲冲击波间的时间间隔可调,发生装置稳定易控.     

热环境下功能梯度圆柱壳的频散特性

基于经典壳体理论推导了温度场作用下功能梯度材料圆柱壳自由振动方程,研究了沿厚度方向不同温度分布对功能梯度壳体频散特性的影响。研究结果表明:以径向弯曲运动为主的传播波受热效应影响较为显著;温度效应对近场衰减波的影响随着频率的增大而减弱;共轭衰减波向近场衰减波转化的频率随着温度的升高而增大;与满足一维稳态热传导条件的温度分布相比,壳体最大温升相同时,均匀升温对壳体频散特性的影响较大。该文结果可为功能梯度材料结构在热环境中的波动特性研究提供参考。     

等体积比水雾对冲击波衰减规律研究

为分析水雾对爆炸冲击波的耗散与衰减作用,通过有限元分析方法,在单层网格内建立冲击波作用于同体积比不同尺寸分布的液滴模型,对液滴阻碍冲击波作用的规律进行分析总结,得到结论如下:液滴的存在对冲击波有一定的削弱作用,且在液滴总体积比相同条件下,液滴数目多的工况比冲量衰减更大,可知分散的小液滴对冲击波的衰减作用强于集中的大液滴.0.1 kgTNT在0.2 m爆距产生的冲击波在二维模型中,液滴体积比为2.21×10–3时液滴直径为0.866 mm时冲击波衰减2.06%,液滴直径为0.500 mm时冲击波衰减3.14%,液滴直径为0.354 mm时衰减3.39%.     

升船机提升系统中船厢、水体和钢缆相互耦合作用分析

本文在作者[1]先前采用水弹性理论建立的对整个提升系统的动力特性进行数值研究的理论模型的基础上,首先对船厢变形状态下的缆力表达式作了更为详细的推导,然后以中国船舶科学研究中心的1∶30的缩比模型为对象,从整体角度,对其流固耦合问题,主要是提升过程中船厢内水体的晃荡、提升缆的受力和船厢动态响应,作了数值研究.在提升系统受到船厢内一非对称水波扰动的假定下,分别对船厢简化为刚性和考虑实际弹性的两种情况进行了计算、分析和对比,得出了一些有益的结论.计算结果表明,对升船机这样一个复杂系统,文献[1]中所建立的理论模型及本文的数值计算方法是可行的.     

舰船在水下爆炸载荷作用下的总强度研究

通过数值方法模拟舰船受水下爆炸冲击波载荷及气泡脉动载荷作用下的整体响应。计算过程中,考虑波浪载荷的作用,给出水下爆炸载荷与波浪载荷联合作用下船体响应计算方法,并与传统舰船船体强度分析方法相结合,分别研究水下爆炸冲击波载荷、气泡脉动载荷以及波浪载荷的相互作用下,船体强度计算方法。研究结果表明,在水下爆炸冲击波阶段可以忽略波浪载荷的影响,而在气泡脉动阶段,必须考虑波浪载荷与气泡载荷的联合作用。本研究旨在为水下爆炸载荷作用下的舰船总强度研究提供参考。