表面PIV在潜航体兴波伴流场测量中的应用

介绍潜航体兴波伴流场的表面PIV测量方法,对表面PIV的标定,示踪粒子的选择,背景干扰流场的消除方法以及表面PIV测量精度等问题开展分析讨论。实验表明:运用表面PIV技术可灵敏地探测到潜航体微弱的V型兴波伴流场,该兴波伴流场可以用潜航体的‘源-汇’效应解释。本文采用普通CCD数码摄像机以及普通光源摄取表面粒子图像,与传统的激光PIV设备相比,不仅经济而且使用方便,测量结果精确可靠,运用表面PIV技术测量表面微弱流场的精度可达0.01 pixel。     

潜航潜艇涡尾伴流的试验研究

对潜航潜艇涡尾伴流内的一般流体动力过程的了解,主要是根据大量实验室试验结果和理论／数值研究,同时提供在温跃层内广泛的实尺潜艇尾流试验的初步结果。现场研究是在真实环境条件下测理海面以下的尾流特性的尝试。安装在漂流浮标上的标准宽带声多普勒流分布测定仪、1条拖曳的导热率－温度－深度测定链和新型自由下沉的微型结构测定仪,用于高分辩测量在驶过潜艇的湍流尾流内潜艇引起的扰动。     

非线性兴波数值方法在高速三体船侧体布局方案比较中的应用

为使三体船侧体布局方案阻力性能比较更加可靠,对单体船非线性自由面边界条件的兴波阻力预报程序进行改进,成功开发了考虑升沉和纵倾影响的三体船非线性兴波阻力预报程序,对15种侧体布局方案的Wigley三体船兴波阻力进行计算,并将其与线性薄船理论计算结果、线性自由面条件的Dawson型方法计算结果、模型试验结果进行比较,表明非线性兴波阻力数值方法能够更好地反映三体船兴波阻力特性,用于三体船侧体布局优化设计时较其他2种数值方法更加可靠.     

方尾边界条件在高速多体船兴波阻力计算中的应用

将一种由典型的方尾流动物理模型(水流沿方尾下缘切向脱体)导出的数值方尾边界条件应用于高速多体船兴波问题计算。兴波波形与兴波阻力的数值计算采用基于非均匀有理B样条的广义高阶面元法,所得到的高速双体船算例与高速三体船算例的计算结果合理。     

三体船兴波阻力计算方法比较及兴波干扰研究

分别利用Noblesse细长船理论和薄船理论,以Wigley三体船为例计算傅汝德数在0.20～0.70范围内多个侧体布局下的兴波阻力,探讨三体船两个侧体间和3个侧体之间的兴波干扰,得到对三体船设计具有指导意义的结果。通过与试验结果比较表明,基于首阶近似,不考虑线积分项的Noblesse细长船理论兴波阻力系数的计算结果与薄船理论非常相近。考虑线积分项的Noblesse细长船理论兴波阻力系数计算结果小于薄船理论的计算结果,后者量值更接近于试验值,但是两种计算方法的兴波阻力系数曲线凸凹点对应的傅汝德数相近,表明两种计算方法对兴波干扰现象的计算预测是相近的。研究表明,用薄船理论计算三体船的兴波阻力,探讨多体船侧体之间的兴波干扰目前是一种简便、可行的方法。     

四桨船伴流场研究

与单桨船不同,四桨船各螺旋桨在运转过程中负荷不同.当前四桨船推进器的设计多以一个干扰因子来表征内外桨负荷差,而一个干扰因子难以反映内外桨负荷差产生的原因,因此往往给设计带来困难.本文使用CFD方法对四桨船内外桨负荷分配问题进行研究,首先以大连理工大学拖曳水池的PM06模型为基础进行不确定度分析,验证了该数值计算方法的准确性,然后对本文所研究的四桨船进行研究.结果表明四桨船內桨负荷大于外桨,且负荷差产生的原因主要有三个方面:(1)船体形状造成的船尾流场不均匀性对桨的影响;(2)内外桨在敞水中相互间产生的干扰;(3)内外桨之间的干扰在船尾不均匀流场中的合成.据此,本文将四桨船伴流分为三部分:原生伴流、干扰伴流和次生伴流,并计算了该船各部分伴流所占比例,以更好地指导四桨船的推进器设计.     

潜航体在海水界面兴起的内波夹角

水下潜航体在分层海水中兴起内波，这与水面船在海面兴起的Kelvin波并不一样。其中一个具体的区别是两类波迹的夹角大小。对Kelvin波的研究已相当成熟，对内波的研究正方兴未艾。本文是有关内波系列研究工作的一部分，采用一种简单而直截了当的计算方法，分近、远场具体计算出水下潜航体在海中兴起的内波夹角大小和范围。     

PIV技术在旋转流场测试中的应用

考虑旋转流场自身特点,结合PIV非接触全场测量的优势,介绍了相位平均技术的原理、使用方法以及效果,并分析了它的劣势。描述了流场旋转、激光频闪、图像采集三个独立过程的同步控制技术,给出了一种优化控制参数从而减少误差的方法。实验结果证明:在旋转流场PIV测试中,使用这两种方法可以有效地减少测量误差。     

高速三体船兴波阻力与片体布局优化研究

本文据线性兴波阻力理论推导了辅船体与主船体水下体积不相等情况下的兴波阻力计算公式,据此以数学船型作为片体对高速三体船片体兴波干扰规律、兴波阻力曲线规律进行了研究,并采用简单枚举与等值线图谱相结合的方法对片体布局优化问题进行了探讨.     

水下航行体自由面兴波时域分析

求解格林公式,在边界面上分布源汇,用数值解法在时域中模拟潜体近水面运动的三维兴波现象,通过试算确定了模型参数,并进一步讨论了潜体运动速度及其浸深对波形的影响,数值试验证实了用该方法来建立三维数值波浪水池的可行性和可靠性。     

潜航体激发类开尔文内波的垂向数值纹影实验研究

运用垂向数值纹影实验技术(NSS_V),研究了潜航体模型在线性分层流体中激发内波的形态特征,测量了类开尔文V形内波的张角、航行方向内波波长 λx与内弗罗德数(Fr=U/DN)之间的关系.实验表明:V型内波张角随着弗罗德数增大而减小,在Fr=1附近出现一个异常缓变平台;波峰线相关波长 λx与弗罗德数呈线性关系:λx=8.57Fr+1.74.对比实验表明潜航体的指挥塔对三维内波流场影响主要表现为其体积效应及角区的湍流尾迹效应.     

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。     

水下运动目标动态谱特征提取与增强的现状与展望

介绍了国内外关于水下运动目标动态谱特征提取与增强的相关函数与功率谱方法、自适应谱线增强方法、小波变换方法、基于神经网络的方法、混沌动力学与分形理论、高阶统计量方法等主要方法及研究成果,分析了各种方法的主要缺陷,指出了在所有方法中用高阶统计量方法提取与增强运动目标动态谱特征是最值得深入研究的课题。     

水下航行体波浪力理论预报

本文对水下航行体近水面航行状态进行波浪力的计算,计算采用STF理论和Frank源分布紧密拟合方法预报波浪力响应以及用Newman细长体方法和3D修正方法计算水下航行体的二阶平均波浪力与力矩.该方法和计算程序已经过多次模型试验结果比较和验证.采用该方法就某水下航行体计算了二种水深、七种相对浪向下近水面波浪力响应,并给出了波浪力参数随水深变化与浪向变化的计算结果.     

基于FLUENT的垂向二维数值波浪水槽的造波效果

建立精准的数值波浪水槽需要选取合适的造波方法、波浪方程和网格尺寸。利用FLUENT流体力学模型,采用源项法、推板法、速度边界法3种造波方法,分别建立不同网格尺寸和波陡条件下的数值波浪水槽。结合相应的波浪理论,比较采用各造波法的数值一阶线性波和二阶Stokes波、三阶Stokes波效果,得出数值波传播特点、适宜网格尺度及波陡对数值波效果影响。结果表明,源项造波法造波的波高沿水槽衰减最快,对网格尺寸变化最敏感;推板造波法数值造波效果最好;速度边界造波法计算效率最高,数值波高沿水槽衰减速度最小;在数值水槽的波浪传播有非线性作用影响,导致即使造波是线性波,传播到一定距离后,波面也有非线性变形。     

水下运动物体产生内波的研究进展

水下运动物体产生内波是内波动力学研究的一项重要内容,具有重要的军事应用价值。依据水下运动物体对周围层化流体扰动方式的不同,将水下运动物体产生的内波分为两类：Lee波和尾流内波。文章首先在综合Lee波产生机制的基础上,对Lee波的理论、实验和数值研究工作进行了归纳,并给出了通过这三种手段对Lee波进行研究所取得的成果。同时,对尾流塌陷内波和尾流随机内波的研究状况和研究成果进行了介绍和总结。最后,提出在推进水下运动物体产生内波的研究过程中需要关注的几个问题和相应的研究思路。     

基于AUTODYN的水下爆炸冲击波模拟研究

为提高水下爆炸冲击波的模拟精度,基于AUTODYN程序,采用数值模拟和实验研究相结合的方法,研究了网格密度、状态方程等对数值模拟结果的影响.发现要同时获得较好精度的压力和冲量模拟结果需要设置较高的网格密度;而状态方程的不同也有影响,计算结果表明,相对于多项式状态方程,SHOCK状态方程模拟中远场冲击波时更为准确.基于上述研究结果,通过设置较高的网格密度并利用SHOCK状态方程模拟了实验室小水池水下爆炸的冲击波传播情况,发现无论是峰值压力还是压力衰减趋势的模拟结果都和实验相符,说明了AUTODYN模拟冲击波传播的精确性.