综合防风固沙体系设计参数优化研究

基于Fluent欧拉-拉格朗日模型，对由立面网板及前期设计的环保固沙砖沙障相结合的新型综合防风固沙体系风沙流场进行数值模拟研究。研究结果表明，综合防风固沙体系中阻沙措施(立面网板)可有效改善原始流场形态，防护高度在1.2倍立面网板高度以下；大粒径砂粒大部分沉积在固沙砖沙障之间，且体系后区域砂粒浓度明显减小，具有良好的风沙净化作用；当立面网板与固沙砖沙障设计间距为5～10 m时，固沙砖沙障内部易形成良好涡旋，有利于砂粒聚集；随着间距变化，综合防风固沙体系有效安全距离呈现先减小后增大的趋势；当固沙砖沙障铺设位置超过阻沙措施原有遮蔽距离后，两者将失去协同防护作用。综合考虑流场情况及防护距离，立面网板与固沙砖沙障设计间距建议设定约10 m。     

基于大涡模拟的螺旋桨毂帽鳍系统精细流场数值研究

对引起螺旋桨毂帽鳍系统推进性能变化的细节及流动本质问题的研究，有助于对毂帽鳍的节能机理产生新的认识，并为改进该系统的推进性能提供新的思路。通过模型试验和大涡模拟方法对螺旋桨毂帽鳍系统进行了力的测量及精细流场的分析，从能量的角度，分析了毂帽鳍节能机理。数值模拟显示，在毂帽鳍的作用下，在紧邻桨毂后方区域的流速比无毂帽鳍时小且低速区域更广，桨毂后方流体轴向和横向动能均有所减小。由此可知，毂帽鳍通过回收一部分螺旋桨释放在尾流中的动能实现节能；在桨毂后安装一种圆锥形导流帽可避免流动分离，能进一步提高推进系统的整体效率。     

桥面风场时程重构的机器学习方法

获得桥面的高分辨率时变流场对研究桥梁风致问题尤为关键，然而受传感器布设与测量方法等因素制约，难以通过试验直接测得高空间分辨率的流场数据。机器学习是流场表征的有效手段，但是数据驱动的训练方法在已知样本较少时难以获得准确的模型。针对此问题，引入流场时程的人工神经网络方法，使用流体控制方程辅助模型训练，通过增加未知测点处的方程约束提高模型的精度，得到了考虑物理约束的桥面风场时程的机器学习重构模型。以低雷诺数桥面绕流为例，实现了基于稀疏已知测点时程数据的模型训练，得到了较好的效果。结果表明：通过引入未知测点处的控制方程约束，可在较少已知时程数据的情况下，获得更准确的桥面风场重构模型，为人工智能方法在风场实测时程数据中的应用提供了基础。     

基于高斯近似和NSGA-Ⅱ的伴流螺旋桨优化北大核心CSCD

[目的]为改进船舶推进性能,提高船舶效能,克服螺旋桨参数众多、建模繁琐、水动力数值计算收敛速度慢、伴流场的湍流效应等问题,提出一套螺旋桨高效优化方法。[方法]首先,将基于非均匀有理B样条的自由曲面变形(NFFD)技术构建的参数化螺旋桨作为输出,利用CFD数值仿真对螺旋桨性能特征进行预报。然后,基于仿真数据建立螺旋桨性能高斯近似预测模型,建立以提高效率、降低扭矩系数为目标的优化模型,利用二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)得到最优解。[结果]结果显示,在均匀流场和船后伴流场下,螺旋桨的优化结果有着相似规律,即桨叶宽度和厚度均呈减小的趋势,倾斜角呈增大趋势,但由于在船后伴流场下流速会降低,因而桨叶宽度和厚度的减小以及倾斜角的增加幅度相对于均匀流场下的小。[结论]采用所构建的方法可以实现均匀流场和船后伴流场下螺旋桨的高效优化设计。     

斜流作用下清洗机器人流场大涡模拟

针对清洗机器人受水流作用的工作稳定性问题，采用大涡模拟方法对雷诺数Re分别为300、3 000、30 000等3种来流条件下的水下机器人流场动力学特性进行数值模拟，分析其时均流场、瞬态涡结构和受力特性。结果表明：紧贴船壳壁面的水下机器人周围流场稳定性很高，壁面效应使机器人尾涡脱落受到抑制；随雷诺数增加，流体边界层厚度减小，阻力系数和侧向力系数逐渐增大；雷诺数为30 000时，阻力系数为0.53，侧向力系数为0.28，侧向力控制是水下机器人后续研究的重点。研究结果能为清洗机器人工作过程的稳定性研究提供理论依据。     

切变流场中的船舶离泊安全对策

船舶在离泊过程中遭遇切变流是一种非常危险的情形，会对船舶的操纵安全带来重大影响。光明码头及其附近水域是宁波舟山港潮流最为复杂的区域之一，该码头曾发生多起船舶离泊险情，其主要原因就是船舶在离泊过程中受码头附近切变流的影响。通过介绍2起切变流场中典型的船舶离泊险情，分析切变流场中的船舶离泊风险，并提出针对性的安全操作对策。     

基于CFD的聚风能高速公路防眩板的设计与优化

针对高速公路车辆产生的风能未得到合理利用的现象，以普通直板型高速公路防眩板为研究对象，设计工况下以高速公路防眩板获得的最佳聚风性能为优化目标，通过CFD数值模拟了高速公路防眩板不同横向断面形状其聚风性能效果，从而寻找出具有最佳聚风性能的高速公路防眩板结构。计算结果显示：针对不同的6种聚风能高速公路防眩板模型均具有聚风功能；聚风能防眩板设置的增压板对模型内部流速有重要影响，有助于提升装置性能；模型Ⅲ(双层防眩板呈20°角摆放的情况下加装增压板)可有效地将风能增大约1.96倍，在6种模型中所具有的聚风性能最佳。揭示了聚风能高速公路防眩板不同结构与模型内流场的关系，为聚风能高速公路防眩板进一步优化设计提供了一定的理论依据。     

耙腔流场分析与结构优化

针对耙吸挖泥船的耙头在挖掘黏土时，其内部流场情况不明晰的问题，本文对耙腔内部流场进行了仿真计算、分析及优化。采用计算流体动力学(CFD)值模拟计算技术，分析新老耙头的总压差、静压差及截面流速的变化情况。得出设置反弧形导流板后，腔体内部漩涡区域减少，能量损失降低，清水流动性能提高。结果表明：新耙头内部设置流线型腔体，可使流动平顺，输送阻力降低，截面流速趋于合理。其各项性能均优于老耙头。     

汽车底盘流场分析及优化

某车型在苛刻工况下（满载、高环境温度、高速），手动变速箱的机油温度达到150℃，而根据该产品属性签发要求，机油的正常工作温度应控制在130℃以下。本文应用计算流体力学（CFD）工具来模拟计算该车型底盘流场分布情况，分析油温过高的原因、找到问题的解决方案。底盘流场分析结果：由于发动机油底壳的遮挡，导致其后方的变速箱周围风速很小，造成壳体外表面与空气进行强制对流热交换不充分。为优化变速箱壳体尤其是油底壳附近区域流场，在横梁下方增加了一块引流式导流板，它能把横梁之下区域的高速气流引向变速箱油底壳周围。后经实车路试验证，该优化方案可以满足油温签发要求。     

线性剪切流作用下设置沉井施工期受力特性研究

为研究水流作用对设置沉井施工期受力特性的影响，采用线性剪切流模拟非均匀流，建立水流-圆形设置沉井相互作用模型，分析不同施工阶段圆形设置沉井与水流的相互作用情况，并与均匀流作用进行对比。结果表明：线性剪切流作用下圆形设置沉井水流力及水流力矩随流速的增加均呈平方关系。线性剪切流呈表面流速大、底层流速小的规律，对结构尾流区的涡漩有显著抑制作用，与均匀流作用相比，线性剪切流作用下结构受力偏小。随着沉井不断下沉，结构吃水深度增加，过水断面进一步压缩形成了绕流，引起局部压力及水流力成倍增加。