管道局部减阻装置减阻性能数值研究

针对一突缩管道,在管径变化处加入环状机翼,利用机翼对管道连接处压力分布产生的有利干扰来减阻。采用数值模拟的方法,对该局部减阻装置的阻力性能进行研究,结果表明该减阻装置能达到10%～15%的减阻效果,并且管路流速越大减阻效果越明显,对于船舶管系的设计和优化具有一定的指导意义。     

柔性表皮与微沟槽耦合作用减阻效果数值模拟

本文采用粘流数值模拟方法,通过采用Workbench搭建双向流固耦合求解器,对带沟槽的柔性平板减阻效果进行数值模拟研究。数值计算结果表明,沟槽的存在使得柔性平板的减阻效果较光滑柔性平板有所增加,且弹性模量值越小,其增加效果越明显。通过查看相应的柔性平板表面的平板法向位移及应力分布,可以看出沟槽的存在使得沟槽的存在使得柔性平板表面变形量大幅增大,因此流体缓冲效果变好,减阻性能有所增加。     

平板仿生沟槽表面减阻性能数值模拟研究

本文借助Ansys Fluent开展平板仿生沟槽表面减阻性能数值模拟研究,系统分析沟槽形状、几何尺寸等参数对其减阻性能的影响。数值模拟结果表明,平板表面仿生沟槽的存在使得平板表面的剪应力大幅减小,且可以大幅降低平板表面的速度梯度,因而可以起到减阻的效果。另外,通过对比分析3种不同沟槽形状平板的减阻性能发现,V形沟槽的减阻性能较U形和L形减阻性能更优,在后续设计中可考虑V形沟槽。     

二维船舶微气泡减阻数值模拟

为了研究来流雷诺数、微气泡浓度等因素对减少船舶摩擦阻力的影响,采用Lam-Bremhorst低雷诺拓展的K-ε模型,应用相间滑移算法,考虑了气-水两相的相间阻力、相间升力、相间压力和相间虚质量力以及气泡对湍流的作用,对二维平底型船舶,在船首底部喷射微气泡,进行了微气泡减阻的数值模拟.结果显示：提高边界层内气泡浓度是减阻的重要因素,而来流雷诺数过高对减阻不利.     

基于OpenFOAM的平板微气泡减阻数值分析

本文基于OpenFOAM两相欧拉求解器(twoPhaseEulerFoam)对二维平板进行微气泡减阻数值模拟。模型直接求解两相N-S方程,同时采用标准k-ε湍流模型,并考虑两相间作用力的影响,通过求解界面输运方程来模拟气泡的聚并和破碎。将数值结果和Madavan[1]试验结果进行对比,验证了模型的可行性。分析了不同流速下气泡直径、通气速度、浮力对减阻率的影响,并且研究了气泡对边界处流体速度分布、气体体积分数的影响。从数值结果可以看出通气速度较大且气泡直径较小时,减阻效率高,并且浮力对减阻有一定影响。     

平板微气泡减阻预报及影响因素研究

假定气-液两相流均匀混合,且微气泡在水流中存在滑移,运用流体计算软件Fluent中的混合多相流模型对平板微气泡减阻过程进行数值模拟,研究了微气泡流的减阻机理及喷气速度与主流速度之比、微气泡大小、空隙率分布等对水中运动平板减阻效果的影响规律,并指出微气泡减阻率为喷气速度与主流速度之比的非线性对数函数,且存在相对饱和喷气速度,同时建立了一个平板微气泡减阻率大小的预报模型,并从理论上对减阻效果进行了预报。     

壁面展向周期振动减阻机理及其二维波谱分析

利用直接数值模拟(DNS)对壁面作展向周期运动的槽道湍流进行研究,建立了槽道湍流数据库.通过改变振幅大小和振动周期,可以使壁面摩擦阻力明显减少.随着平均减阻率的增加,壁面阻力随时间的变化也更加稳定并呈现出较大周期的变化.将一个典型的阻力变化周期分成三个不同区域进行讨论,对湍流脉动能的二维波谱进行了定量分析,进一步揭示出壁面展向周期振动抑制湍流、实现减阻的内在机理.     

高速深V型船新型艏部减阻附体方案设计及模型试验研究

为探索研究高速深V型船新型减阻技术,针对高速深V船型艏部兴波的产生原因及兴波阻力的产生机理,提出了一种压抑船艏兴波以减小兴波阻力的减阻思路,获得了一种新型的船艏抑波减阻附体方法。以某具体的高速深V型船为对象,通过CFD数值模拟进行了目标航速下的抑波减阻附体的设计,在此基础上,利用高速船模拖曳水池进一步开展了深V型船艏部减阻附体方案效果的验证试验。结果表明,所设计的抑波减阻附体在水线长4.24m的船模上实现了目标航速(弗劳德数0.447)下总阻力减小6.67%、剩余阻力减小15.7%的效果,在实船尺度下该抑波减阻技术的减阻效果进一步增大。     

基于数值模拟的多用途船风阻力优化研究

以19000t多用途船为研究对象,提出一种基于数值模拟的风阻减阻优化方法。首先,模拟计算迎风状态下船体和上层建筑的风阻力;然后,根据风阻力高压力区域分布结果定性设计风阻力减阻结构方案;最后提出一种基于数值模拟优化的最优减阻结构计算方法,定量计算出最优的风阻力优化结构设计方案。     

平底型高速交通运输艇加装尾插板减阻技术研究

针对平底高速运输艇中高速航行阻力偏大问题,本文采用RANS方法、整体动网格法和HRIC-VOF模型建立了可计算该类艇型中高速航行阻力与姿态的数值方法,计算了尾插板的减阻效果,并从艇体兴波、艇底压力、航行姿态等方面分析了尾插板的减阻机理,最后通过模型试验进一步探索了尾插板的减阻效果及尺寸要求.结果表明,中高速下该艇型加装尾插板的减阻率可达20％～40％.     

风力机叶片翼型气动特性数值模拟

针对NACA63-215翼型绕流流动建立了二维可压缩湍流模型,利用商业软件NU-MECA进行了相应的数值模拟计算.湍流粘度分别采用基于RANS的Spalart-Allmaras和Baldwin-Lomax两种湍流模型来处理,得出了雷诺数为3×106时,翼型NACA63-215的升力系数和阻力系数随来流攻角的变化关系及压力分布图,并与试验数据进行对比.研究结果表明:Spalart-All-maras湍流模型比Baldwin-Lomax湍流模型在预测翼型失速后气动性能方面更加有效,Spalart-Allmaras湍流模型在大攻角下较易收敛且计算出的翼型气动性能与试验值更接近.     

通气空泡内部流场结构实验研究

采用人工通气的办法在水下航行体表面生成通气超空泡可以大幅降低水下航行阻力。保持通气空泡的形态稳定是保证航行体水下流体动力稳定的前提,因此需要了解通气空泡内部气体流动结构及其与空泡泄气方式的相互影响规律。该文建立了通气空泡内部流场结构的实验测量装置,并运用PIV(粒子成像测速)方法对通气超空泡内流场结构进行了测量,归纳了通气空泡三种典型的内部流场结构形式及其成因,并给出了泡内气流流速的变化趋势。     

空泡尾部流场特性数值模拟研究

使用商用软件FLUENT6.0,对不同的空泡形态下空泡尾部的阻力特性进行了数值模拟研究.研究表明,随着通气率的增大和空泡形态的增长,运动体尾部阻力系数逐渐减小,并且在减小至谷底后又开始回升.尾部压差阻力系数大于粘滞阻力系数,二者均随着通气率的增加而减小.并且压差阻力系数在达到最小值后开始逐渐增大,因而使得总尾部阻力系数在减小至谷底后开始回升.运动体尾部沾湿长度随着通气率的增大而减小,尾部阻力系数则随着尾部沾湿长度的增大而增大.     

Experimental study on microbubble ejection method for frictional drag reduction

The formation of air bubbles ejected through a single hole in a flat plate was observed in uniform flow of 2–10 m/s It was confirmed that the size of the air bubbles was governed by main flow velocity and air flow rate. According to previous experiments, the size of the bubbles is an important factor in frictional drag reduction by microbubble ejection. Usually bubbles larger than a certain diameter (for example 1 mm) have no effect on frictional drag reduction. Three different methods were proposed and tested to generate smaller bubbles. Among them, a 2D convex (half body of an NACA 64-021 section) with ejection holes at the top was the best and most promising. The diameter of the bubbles became about one-third the size of the reference ejection on a flat plate. Moreover, the bubble size did not increase with increasing flow rate. This is a favorable characteristic for practical purposes. The skin friction force was measured directly with a miniature floating element transducer, and decreased drastically by microbubble ejection from the top of the 2D convex shape.     

A minimization theory in Hilbert space and its application to two-dimensional cavity flow with a numerical study

A minimization theory, which is based on the Hilbert space theory, is proposed and applied to two-dimensional cavity flow past a strut with the assumption of potential flow. That is, the minimization of the cavity drag of the strut on the cavity flow is studied with the help of the optimization theory proposed. To accelerate the optimization process, the Euler beam theory is introduced to generate a small variation in the strut. The introduction of the Euler beam theory makes the mathematical formulation for the present theory ill-conditioned. To overcome this condition, the Tikhonov regularization and the Morozov's discrepancy principle are used to regularize the present optimal theory. From the numerical study, it is shown that the proposed minimization theory is able to find an optimized shape for the given strut and corresponding optimized cavity drag. Received: June 22, 2000 / Accepted: January 30, 2001     

正弦前缘对三维机翼气动性能的影响研究

应用CFD数值仿真预报方法,系统分析正弦前缘各参数对三维机翼气动性能的影响。应用分离涡模拟方法,绘制并比较标准和正弦前缘三维机翼的气动性能曲线,给出压力系数云图和流线分布云图。数值分析结果表明:当波高为3 mm、正弦前缘布置范围大于30%展长、正弦波周期为5.5时,与标准三维机翼相比,最大升力系数提高19.7%,失速角延迟16.7%。研究结果确定最佳的参数组合,有效抑制三维机翼大攻角工况下的失速现象。     

基于CFD仿真计算的襟翼舵水动力研究

襟翼舵作为一种可靠的、高升力的舵在最近几年内引起了广大设计工作者的重视影响,同时也有不少成熟的研究成果。对襟翼舵的研究主要集中在展弦比,主副舵面积比,转角比等方面,这些因素对襟翼舵的整体影响规律也已得到不少专家的解释。本文主要研究襟翼舵主副舵间间隙大小以及尺度效应对其水动力性能的影响,以普通NACA0020翼型为基本剖面建立不同间隙大小的襟翼舵模型,采用RANS方法计算得到了不同缝隙大小以及不同缩尺比下的襟翼舵升力阻力以及压力分布,并对周围涡结构以及流场进行分析,发现升力系数随着缝隙增大而减小,阻力系数先减小再增大的规律。同时随着襟翼舵尺度的增大,升力系数会随之增大,阻力系数会随之减小。文中以计算模型和实验数据进行对比,两者误差在5%以内,证明了计算结果的可靠性。     

水中超高速射弹可压缩空泡流研究进展

综述了国内外水中超高速可压缩空泡流理论、数值和试验研究的进展。分析了基于势流理论的水中亚音速、跨音速及超音速空泡流的空泡形状及空化阻力计算方法。详述了水中超高速的水、蒸汽、空气多相混合可压缩流数值计算方法及需要解决的关键问题。介绍了水中亚音速、跨音速及超音速试验的研究方法、研究成果及研究趋势。     

基于DES方法的三维圆柱受迫振动数值模拟

基于OpenFOAM平台对雷诺数3900下的三维固定圆柱绕流和雷诺数30000下的三维圆柱受迫振动进行数值模拟,对湍流的模拟采用SA-DDES离散涡模型.针对三维圆柱绕流问题,采用PISO算法耦合求解速度-压力场,对圆柱绕流的基础参数如St数、平均阻力系数和平均升力系数等与试验进行了比较,结果吻合良好.针对三维圆柱受迫振动问题,采用PIMPLE算法耦合求解速度-压力场,对不同频率下振幅比为0.3的阻力系数、尾涡形态进行了计算,阻力平均系数与实验值相比吻合较好.     

超空泡回转体减阻特性研究

基于Fluent 6.0的气泡两相流模型对超空泡回转体的减阻特性进行了数值研究.内容包括:外形对阻力及超空泡形状的影响;超空泡控制;阻力系数随空泡数的变化规律;长细比对减阻率的影响.超空泡减阻机理的研究表明:超空泡不仅可以减小回转体的摩擦阻力,还可以减小回转体的压差阻力.在外形、长细比和空泡数以及工程可实现性等诸多因素中,存在着一个最佳组合,使减阻率最高.