水面舰船尾流电导率信号分布的实验测量与数值分析

舰船运动时其尾流显示出其运动轨迹，它是比舰船本身放大若干倍的目标。通过尾流的电导率特性来检测水面舰船尾流是一种新的有效手段，这是因为海水的电导率与海水的速度和盐度（或温度）有关。而尾流区与非尾流区之间存在速度差和盐度（或温度）差，利用电导率探头可获得对应于这些差别的综合信号。作者在试验水槽中构成了与海洋环境类似的盐度分层流场，水槽由10mm厚的有机玻璃板制成．其长、宽、深分别为700cm、45cm、57cm，杠水槽的两侧沿其纵向装有滑轨阻便坐标架运行。水槽中由双螺旋桨自航水面船模产生尾流，分别在盐度分层流场和非分层均匀流场中测量了尾流电导率信号的横向分布，并对盐度分层流场中水面舰船尾流的纵向速度分布进行了数值计算。试验结果表明：在盐度分层流场和非分层均匀流场中。水面舰船尾流的电导率信号沿其横向都近似呈高斯分布；尾流速度对其电导率信号的影响比盐度梯度的影响大得多，在本实验条件下前者比后者约大8倍；尾流的无量纲纵向速度亏损的数值计算结果，与尾流的相对电导率信号横向分布的实测结果具有很好的一致性，在尾流中心区域该数值计算结果与实测结果的相对误差约为12％。     

导弹弹射装置冷却器中液滴轨迹及特性的数值模拟

为研究高温高压超音速燃气中的横向喷雾的液滴轨迹及沿轨迹的特性变化,给导弹弹射装置的设计提供依据,本文采用拉格朗日方法,应用颗粒轨道模型追踪液滴的运动轨迹并计算液滴沿轨迹的速度、温度和直径的变化.分析了气相参数及喷雾条件对颗粒轨迹及特性的影响.计算结果表明,小颗粒液滴速度变化快,蒸发快,流向位移及渗透深度小.提高气相压力和温度均能加快蒸发,压力和温度越高,液滴达到的饱和温度越高.气相速度越大,液滴达到的流向速度越大,流向位移也越大,但超音速气相速度变化对蒸发速度影响较小.液体喷射速度的变化对蒸发速度基本没有影响,喷射速度越大,渗透深度越大.液体温度越高,液滴直径减小越快,蒸发越快.     

船舶起吊机械臂轨迹规划精准控制方法研究

在船舶起吊机械臂上使用传统的控制方法,存在着误差大、精准度差的问题,为此提出了轨迹规划精准控制方法,并进行具体研究。首先在起吊机械臂上建立空间直角坐标系将其运行轨迹量化,在坐标系当中利用坐标齐次变换的方式,实现运动轨迹的空间规划,以规划结果作为基准从滑模控制和动力控制2个方面实现精准控制方法。通过速度控制实验和轨迹控制实验得出结论:精准控制方法的速度误差相比于传统PD控制方法低2.5,轨迹误差也能控制在–0.5～0.5之间,从而确定该方法具有更高的精准度。     

海水-冰晶两相流非等温流动及传热研究

船舶在冰区航行时,存在冰晶颗粒混合海水流入船舶冷却系统现象。基于颗粒动力学理论,建立适用于海水-冰晶两相流的欧拉-欧拉双流体模型,耦合相间传热传质模型对海水-冰晶两相流在水平直管内流动及传热特性数值模拟。研究表明,冰晶颗粒流动过程中,在管道上部位置R=8~10mm处冰晶体积分数达到最大值,且随着速度增加而增大；当入口含冰率(IPF)为4%时,冰晶速度的最大值出现在管道中心轴线上方。当入口速度为1.0~3.0 m·s-1，含冰率4%~30%时，局部传热系数随入口速度及含冰率增大而增加。     

船舶废气固体颗粒在捕集器中的流动沉积特性

颗粒捕集器广泛应用于船舶尾气处理领域，经常出现内部堵塞共性难题。采用数值模拟方法对固体颗粒在微通道内的流动与沉积过程进行计算与分析，发现流动速度与颗粒尺寸对于固体颗粒在通道内的流动与沉积特性具有重要影响。研究结果表明：随着船舶废气流动速度的增加，颗粒沉积位置由入口区域逐渐向远离入口500 mm的区域聚集；流动速度较小时，随着颗粒尺寸增加，沉积位置逐渐远离通道入口，而当流动速度较大时，随着颗粒尺寸增加，沉积位置逐渐靠近通道入口。     

LED 翅片散热器传热性能研究

通过实验和数值模拟的方法,研究了不同功率下家用LED灯翅片散热器内的温度分布、表面传热系数等换热性能。结果表明：随散热器温度上升,翅片间空气速度增加,速度增大到一定值时,空气流态从层流向湍流过渡,使得基板的温度先升高,在湍流出现时散热性能增强,基板的温度随之下降,随后趋于定值;随功率的增加,平均表面传热系数略有增加,但影响不大。     

下凹型内孤立波对细长潜体运动特性影响的实验研究

在大型重力式分层流水槽中,采用重力塌陷造波和模型半柔性约束方法,结合位移和倾角测量技术,对下凹型内孤立波作用下的细长潜体模型运动特性进行了实验研究,获得了模型垂/纵荡、横/纵摇和质心轨迹运动规律。研究表明:细长潜体模型在下凹型内孤立波作用下的质心运动轨迹近似于椭圆;模型垂/纵荡和横/纵摇运动主要受到波幅因子α(内波波幅与模型长度之比)和潜深的影响;当α固定时位于内孤立波上/下方的模型主要表现为纵荡,而位于穿越内孤立波位置的模型主要表现为垂荡,实验进一步证实了模型运动特性与内孤立波内部流场分布的相关性。     

船用指北平台式惯导模拟器中轨迹发生器设计

针对船用指北方位平台式惯导模拟器的需要,设计了一种贴合于舰船实际情况的轨迹发生器。根据舰船常见的运动状态给出了轨迹发生器的解析式方程,以及需要输入软件系统的运动参量,并在实验部分对设计的轨迹发生器进行了仿真实验。通过将轨迹发生器生成轨迹以及惯导在轨迹发生器生成的IMU参数下,自主、组合工作模式生成的轨迹进行比较,证明了算法的有效性。本文研究结果可为下一步船用指北平台式惯导模拟器的设计提供软件支持。     

凹形运动体三自由度入水运动特性数值研究

为研究凹形运动体三自由度入水过程运动特性,本文基于RANS方程和VOF多相流模型,结合重叠网格技术和动网格技术,对凹形运动体入水过程开展了数值仿真研究。通过数值计算结果与实验结果比较,验证了数值计算方法的有效性。基于该方法分析了不同垂向速度和水平迁移速度对凹形运动体三自由度入水过程运动特性的影响规律。研究结果表明:凹形运动体入水后旋转运动受喷溅冲击影响较大;下落过程中质心运动轨迹存在回摆而呈现"Z"型特征;垂向速度的增加对质心回摆运动具有抑制作用,而水平迁移速度的增加对其具有促进作用。     

南海北部外陆架区海底沙波动态分析

南海北部水深100～250m的外陆架区分布着大片沙波地貌.本文以大量实测和数模资料为基础,对该区沙波的形成条件及迁移速度进行了初步分析.结果表明,研究区内泥沙颗粒粒径适宜,海底坡度平缓,有利于海底沙波的形成;沙波的形成和迁移主要受到风暴形成的风海流与潮流的综合影响;沙波的年移动距离在10.7～71.5cm之间,对海底工程威胁不大.     

水下滑翔机沿纵剖面滑行时水动力特性计算与分析

通过自编软件,采用结构化网格和有限体积法,对水下滑翔机以不同攻角直航时的流场动力学特征进行了数值计算,得到了水下滑翔机在不同攻角时的速度分布和压力分布。分析了升力系数、阻力系数和力矩系数随攻角的变化规律,提出了有效控制滑行姿态的方案;分析了以不同最大攻角滑行时滑行路径和滑行效率,提出了最佳滑行攻角。     

周期性波动管流的压降研究

Experiments were conducted to study characteristics of flow when flow is fluctuating. The experimental results showed a phase difference between the flow rate and the pressure drop fluctuations. This phase difference between the fluctuating flow rate and pressure drop was analyzed for laminar flow. Analysis showed that the phase difference changes with the period of the flow fluctuation, the pipe radius, the density and the dynamic viscosity of the liquid. Fluctuating pipe flow was then numerically simulated. Results of the numerical simulation were compared with theoretical values and experimental results. It was shown that, when the flow rate fluctuates with time as a sine wave, the pressure drop fluctuates with the same periodicity, and there is a phase difference between them.     

基于计算流体动力学的流量系数研究

为了研究某液压装置中节流阀的流量系数与孔口雷诺数之间的关系,该文利用计算流体动力学软件FLUENT,构造结构化网格,采用层流模型或标准湍动能-湍动能耗散率(k-ε)模型,对节流阀内部层流或紊流流动进行数值模拟.经过对不同孔口雷诺数工况的数值模拟计算发现:节流阀流量系数与孔口雷诺数关系比较符合文献[7]中提出的短孔流量系数的计算公式,表明了文中提出的基于计算流体动力学的数值模拟是可行的.     

关于圆柱绕流水动力特性的大涡数值模拟研究

基于有限体积法建立描述不可压缩粘性流体三维运动的数学模型,引入浸入边界法的无滑移固定壁边界条件和大涡数值模拟的Smagorinsky．Lilly亚格子模型,针对层流（Re=100）和湍流（Re=3900）状态下的圆柱绕流流场进行数值模拟研究,验证结果表明该方法能较有效模拟非定常圆柱绕流流场的形态。在层流状态下圆柱体下游存在形态清晰的卡门涡街结构且无明显的掺混现象;在Re=3900的湍流状态下圆柱下游的掺混现象显著增强,圆柱下游约1．0D处的脉动强度达到最大值。     

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。     

平板上直立圆柱三维绕流的CFD计算研究

利用计算流体动力学(CFD)方法,对粘性不可压缩流体流过平板上直立圆柱的绕流进行了三维数值模拟,采用了有限体积法和SIMPLE计算程式,利用不可压缩的Navier-Stokes方程,模拟了雷诺数在200的层流绕流流动。在建立贴体的结构化精细网格之后,成功模拟了马蹄涡,与经典的理论对比具有较好的吻合性。同时得到了交接部区域的剪切力云图。计算结果表明,主/附体结构交接部区域流动机理十分复杂,在这个区域有马蹄涡的存在,是产生交接部冲蚀的根本原因。计算结果表明本文所用方法在模拟含有复杂流动机理的圆柱绕流中是可靠性的。     

Flow resistance characteristics of water in narrow annulus during heat exchange

Considering the special resistance characteristics of fluids flowing through ducts with small gaps, experiments are per-formed to investigate the resistance characteristics of single-phase water, which is forced to flow through vertical annuli. The gap sizes are 0.9, 1,4 and 2.4ram, respectively. The experiments are conducted under condition of 1 atm. The water in the annuli is heated by high temperature water reversely flowing through the inner tube and the outer annulus. The results show that the flow pattern begin to change from laminar to turbulent before Reynolds number approaches 2000, the flow resistance in annulus has llttie relations with the temperature difference and ways of being heated, but mainly depends on the ratio of mass flux to the width of annulus.     

附加双分流板的方形横截面管涡脱落控制减阻研究（英文）

In this paper we have made a numerical study on the control of vortex shedding and drag reduction of a cylinder by attaching thin splitter plates. The wake structure of the cylinder of square cross-section with attached splitter plates is analyzed for a range of Reynolds number, based on the incident stream and height of the cylinder, in the laminar range. The Navier-Stokes equations governing the flow are solved by the control volume method over a staggered grid arrangement. We have used the semi-implicit method for pressure-linked equation(SIMPLE) algorithm for computation. Our results show that the presence of a splitter plate upstream of the cylinder reduces the drag, but it has a small impact on the vortex shedding frequency when the plate length is beyond 1.5 time the height of the cylinder. The presence of a downstream splitter plate dampens the vortex shedding frequency. The entrainment of fluid into the inner side of the separated shear layers is obstructed by the downstream splitter plate. Our results suggest that by attaching in-line splitter plates both upstream and downstream of the cylinder, the vortex shedding can be suppressed, as well as a reduction in drag be obtained. We made a parametric study to determine the optimal length of these splitter plates so as to achieve low drag and low vortex shedding frequency.     

基于一种固体区域迭代算法的圆柱涡激振动数值计算

利用Fluent平台的用户自定义程序（UDF）以及动网格模型,实现了圆柱运动方程的一种迭代求解算法,分别对层流、湍流状态下,弹性支承圆柱体在一定约化速度下的涡激响应进行了数值模拟,探讨了不同阻尼比对涡激响应的影响。结果表明：采用该迭代求解算法对弹性支承圆柱涡激振动的预测结果较为合理;随着阻尼比的逐渐增加,初始支振幅、升阻力系数时程曲线将由多频率拍振,最终变为单一频率主导的振动,且涡激振幅逐渐减小;除了质量-阻尼比联合参数m*ζ外,阻尼比ζ本身也应作为一个重要的涡激影响参数单独进行考量。