基于LDV的超高速循环水槽流场流速测量

循环水槽试验段流场的不均匀度和紊流度是衡量循环水槽流场品质的重要指标。为研究超高速闭式循环水槽试验段的流场品质,在8种来流速度下,采用激光多普勒测速仪(Laser Doppler Velocimeter, LDV),通过建立流场测量点阵列对循环水槽试验段的3处流场截面进行轴向流速测量,并对其不均匀度和紊流度进行计算。试验结果表明：在8种来流速度下,试验段流场截面流速的不均匀度均小于1%;在8 m/s的试验段来流速度下,截面流场的紊流度均小于0.5%。试验测量结果满足循环水槽流场品质对不均匀度和紊流度的技术指标要求,可为超高速闭式循环水槽的试验研究和优化设计提供初步的测试数据支撑。     

小型高速水洞收缩段的优化设计

简要介绍了小型高速水洞收缩段设计的原则,收集对比了几种典型的收缩曲线。利用商业化的计算流体动力学软件—Fluent,结合实例,采用二维轴对称模型对收缩段的长度进行了选择,对不同收缩曲线型面的流场品质进行了对比分析:优化的三次曲线(n=7、xm=0.4)或Batchelor-Shaw曲线的出口流场均匀性较好,移轴的Witozinsky曲线出口湍流度较小,五次方曲线进出口损失水头较小;采用三维对称模型简单模拟了矩形截面的情况,结果显示其出口截面上的流速和压力等值线近似呈圆形,沿轴向进口和出口附近壁面会出现流速的降低和过冲,角部附近速度分布严重不均匀。     

基于无限元方法预报非均匀流中螺旋桨的流噪声

为了系统地研究非均匀流场中螺旋桨流噪声的特点,采用CFD与声学无限元方法结合的方式,对螺旋桨的频域噪声进行数值预报。通过采用大涡模拟方法对非均匀流场中的螺旋桨水动力性能进行计算,然后运用ACTRAN软件的声学无限元方法,对螺旋桨的无空泡噪声进行数值模拟,并对特征点进行频域分析。流场计算结果显示:非定常计算得到的螺旋桨水动力系数与试验值吻合良好,LES模拟得到的流场初值是可信的;通过分析噪声分布云图及特征点频谱曲线得出:非均匀流场中螺旋桨的辐射噪声主要集中在低频段,且该频段的噪声主要由偶极子组成,同时噪声衰减速度随频率增大而减小,螺旋桨轴向声压级高于径向两侧,验证了计算结果的可靠性,为螺旋桨的水下噪声预报提供了一种新的方法。     

限制水域下喷水推进器水动力特性研究

本研究采用数值模拟方法对无限水域和限制水域中喷水推进装置的水动力特性进行对比分析，开展不同水深条件下喷水推进器进流特性、进口流道效率和推进泵水力特性研究，并据此评估开式循环水槽环境下水槽侧壁和底面限制对喷水推进装置水动力性能的影响。数值计算结果表明：限制水域下喷水推进船底部和水槽底面间水流因阻塞效应使速度增加产生回流，水槽侧壁对自由液面兴波产生反射，随着水深减小，流道进口获流区平均轴向速度明显增加；不同水深吃水比下，进水流道出口非均匀度增加，但进口流道效率变化不大；相比于无限水域条件，限制水域中推进泵流量系数、扬程系数和泵效率的预报结果偏高1%～2%。     

循环水槽弯管导流形式三维数值模拟研究

为探讨弯管与导流片形式对流场品质的影响,基于RANS方程结合RNG湍流模型对水平循环水槽的弯管导流形式进行三维数值模拟,对出口处速度均匀性及弯管处压强分布进行比较分析。依据数值模拟结果,将非均匀布置导流片形式应用于实际水槽建造中,结果显示流场品质得到了明显的改进。     

圆盘空化器超空泡流动数值模拟方法

为分析来流速度对圆盘空化器产生超空泡的形态,基于粘流理论和有限体积方法,对带有圆盘空化器超空泡航行体流场进行了数值模拟。得到了超空泡形态与航行体速度之间的关系。随着速度的增加,空泡长度逐渐增大。并进一步给出了流场的压力分布云图和速度矢量图。     

均匀流中螺旋桨无空泡噪声数值预报方法验证分析

为了分析敞水螺旋桨噪声性能,以某一螺旋桨为研究对象,采用大涡模拟方法对其敞水水动力性能进行计算,所得结果与试验值误差较小;然后运用基于无限元方法的声学软件Actran对螺旋桨的无空泡噪声进行数值模拟,并对特征点频谱曲线、螺旋桨声压云图、声指向性与衰减特性进行分析,得到单极子噪声特性-径向声压级高于轴向声压级,并且随着距桨中心距离的增大,声压级衰减速度减小,径向与轴向声压级差距缩小;验证数值预报方法的有效性,为船桨一体噪声数值模拟提供参考。     

均匀流中螺旋桨无空泡噪声数值预报方法验证分析

为了分析敞水螺旋桨噪声性能,以某一螺旋桨为研究对象,采用大涡模拟方法对其敞水水动力性能进行计算,所得结果与试验值误差较小;然后运用基于无限元方法的声学软件Actran对螺旋桨的无空泡噪声进行数值模拟,并对特征点频谱曲线、螺旋桨声压云图、声指向性与衰减特性进行分析,得到单极子噪声特性-径向声压级高于轴向声压级,并且随着距桨中心距离的增大,声压级衰减速度减小,径向与轴向声压级差距缩小;验证数值预报方法的有效性,为船桨一体噪声数值模拟提供参考.     

循环水槽边壁效应数值修正研究

在循环水槽中进行船模试验时的边壁效应，包括阻塞、浅水和侧壁波浪反射等，会影响测试结果。论文通过非定常RANS数值方法针对排水型高速单体船开展循环水槽边壁效应研究，归纳边壁效应修正公式。通过数值不确定度分析验证了网格的合理性。通过数值模拟的循环水槽与开阔水域中船模阻力的比较，拟合速度增量，得到水深弗劳德数Frh <1时的修正公式。该修正公式反映了阻塞效应、浅水效应以及高速船阻力的特征，循环水槽修正后的阻力曲线与开阔水域的阻力曲线吻合良好。     

船舶艉管轴承内部流场数值分析

对水润滑船舶艉管轴承内部流场进行了数值分析,包括内部流场的压力分布、温度分布、速度分布和湍流能量分布.结果表明,轴承内部周向凹槽可以减缓轴承轴向压力降低;轴向凹槽可以增强轴承内部冷却效果,使压力场均匀化;沟槽面可以使层流边界层区域增大,使转捩为湍流的雷诺数增大,降低轴承压力损失.在四种轴承中,四叶轴承内部空穴压力最小,对船舶轴系的激振力最小,可以提高船舶轴系运行的稳定性.     

离心风机的内部流场数值模拟及噪声预估

建立后向板型叶片离心风机的流场模型,运用非结构化网格对流场模型进行网格划分,流场模拟的湍流模型采用标准k-ε模型,风机旋转区与非旋转区的耦合采用移动参考坐标系模型MRF,利用Fluent流体分析软件对离心风机的三维流场进行模拟仿真,得出叶轮、蜗壳的速度、压力等分布云图,在此基础上,运用数值计算方法对所研究的离心风机进行噪声预算,结果表明：考虑蜗壳与叶轮之间的区域计算所得流场更加符合实际工况;叶轮对气流做功,叶片根部气体的速度最小,叶片边缘处速度最大;蜗壳内侧的静压与全压均偏低;蜗壳的静压与动压在蜗舌区域均发生突变。研究结果有助于了解风机内部流场的运动规律,为风机结构优化及噪声优化研究提供参考。     

基于数值模拟方法的导流片和蜂窝器对空泡水洞工作段流场的影响研究

通过求解RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方程,对某中型空泡水洞工作段的流场特性进行数值模拟,并将所得结果与试验测试结果相对比,验证该数值模拟方法的可行性。采用该数值模拟方法分别对不含蜂窝器、不含蜂窝器和导流片的空泡水洞模型进行数值模拟,并对这2种模型的流场特性及工作段流场的不均匀度和湍流度的数值计算结果进行对比,分析导流片和蜂窝器对空泡水洞工作段流场特性的影响。计算结果表明,蜂窝器和导流片对保证空泡水洞工作段水流的速度和流动均匀性具有重要作用。     

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％。     

螺旋桨空泡及其诱导的脉动压力的数值和试验研究

对螺旋桨空泡及其诱导的船体表面脉动压力进行了预报分析,并在大型循环水槽进行了模型空泡观测以及脉动压力测试,将模型试验结果、数值预报结果进行了比较分析,讨论了空气含量对脉动压力的影响.     

阀门角度对蝶阀后双弯管流场影响的数值模拟研究

本文采用计算流体力学（CFD）数值模拟的方法,研究了不同阀门角度下蝶阀后双弯管模型中的复杂流动现象,并将数值计算的速度云图同流场实验测量结果进行对比验证。分析结果表明：数值计算结果同粒子图像速度场测量技术得到的速度云图基本吻合;阀门角度对流场的影响较大,阀门角度越小,阀板迎背流面的流体扩张也越不明显,模型最大速度减小：阀板前驻点逐渐向阀板迎流面边侧移动,一次分离区减小,而二次分离区先增大后减小;弯管中流体质点二次流、流动分离及流动剪切膨胀等是影响流场的重要因素。     

水平轴海流能水轮机模型设计及试验研究

为了提高水平轴海流能水轮机的发电效率,利用叶素理论对叶片进行设计,采用维氏曲线对导管收缩段进口进行设计,类比环形堰堰面曲线对带前段导管进行设计,最终得到一种新型水平轴海流能水轮机模型,并通过拖拽试验对数值模拟结果进行了验证。研究成果表明:在水平轴海流能水轮机外围加装普通导管能够提高发电效率,带前段导管的效果更明显。研究成果有利于带导管水平轴海流能水轮机的优化设计。     

不规则波对平板冲击作用数值模拟研究

文章采用数值模拟方法,建立了基于FLUENT软件的二维不规则波浪数值模型,探讨了波浪对水平板结构的作用机理.模型中采用RANS方程和标准k-ε方程,采用VOF方法重建自由液面.通过数值模拟复演了波浪冲击水平板结构的过程,将数值模拟结果与实验数据进行比较,验证了模型的可靠性.经过计算和分析,研究了波浪冲击平板过程中的冲击压力和流场特性,得到了冲击压力和流场的分布规律.分析了波陡,净空及板宽等参数对冲击压力和流场的影响.最后,给出了波浪冲击压力与相应水质点垂直速度间的统计关系,并对河海大学原有冲击压力的计算公式进行了改进,提出了新的冲击压力公式.研究结果表明:冲击压力峰值与相应的水质点垂直速度的平方成正比,修正后的冲击压力公式更为合理、可行.论文工作将对准确预测冲击载荷,掌握更多的冲击机理具有重要意义.     

不规则波对平板冲击作用数值模拟研究（英文）

文章采用数值模拟方法,建立了基于FLUENT软件的二维不规则波浪数值模型,探讨了波浪对水平板结构的作用机理。模型中采用RANS方程和标准k-ε方程,采用VOF方法重建自由液面。通过数值模拟复演了波浪冲击水平板结构的过程,将数值模拟结果与实验数据进行比较,验证了模型的可靠性。经过计算和分析,研究了波浪冲击平板过程中的冲击压力和流场特性,得到了冲击压力和流场的分布规律。分析了波陡,净空及板宽等参数对冲击压力和流场的影响。最后,给出了波浪冲击压力与相应水质点垂直速度间的统计关系,并对河海大学原有冲击压力的计算公式进行了改进,提出了新的冲击压力公式。研究结果表明:冲击压力峰值与相应的水质点垂直速度的平方成正比,修正后的冲击压力公式更为合理、可行。论文工作将对准确预测冲击载荷,掌握更多的冲击机理具有重要意义。     

基于CFD的涡尾船改型优化设计

通过CFD方法计算模拟涡尾船原型与优化改型的尾部流场;通过对比桨盘面处轴向、周向速度分布,得出优化改型比原型轴向伴流更均匀,改善了螺旋桨的工作条件,增大了来流的周向速度,提高了螺旋桨的推进效率。模型试验验证了计算结果的合理性,说明船舶优化设计中采用合理的数值计算方法是可信的,可以提高设计研究效率。     

非均匀流中E779A螺旋桨空化涡流演变及压力脉动数值分析

本文对E779A螺旋桨非定常空化流动进行了数值模拟研究，通过对螺旋桨流场中的压力脉动及涡量场的分析，探讨了空化对压力脉动以及涡流场的影响。计算中采用了k-ωSST湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型。数值模拟的结果表明：预测的非定常空化形态与试验结果基本一致；周期性演变的非定常空化会诱发大幅度周期性变化的压力脉动。此外，本文使用了相对涡量输运方程进行进一步分析，结果表明，空化引起的涡量拉伸、收缩膨胀和斜压力矩会促进涡的产生和发展，从而加剧流场的不稳定性。