弱温差和逆温差时水下热滑翔机相变过程研究

水下热滑翔机利用相变材料发生相变过程时的体积变化作为驱动力,海洋温差条件直接决定了其工作情况.对相变材料在弱温差和逆温差条件下的相变过程进行求解,得出其相变规律,并以此为根据得出了完成相变过程所需的水下滑翔机航程的上限与下限,即临界航程,最后对临界航程进行分析,得出弱温差和逆温差对相变材料的行为阻碍和异化,使水下滑翔机临界航程范围相应的增加或变化异常.     

水下热滑翔机的温差能热机性能分析与相变材料选择

相变材料作为温差能热机的工作流体,其热力学状态对周围海水温度非常敏感,且其融点对水下热滑翔机的运行范围影响很大.基于焓法模型,在不同大洋温度剖面下,对以3种相变材料为工作流体的温差能热机进行性能分析;并考虑到不同大洋温度剖面的特点,为温差能热机选择合适的相变材料,以拓宽水下热滑翔机的应用范围.结果表明：在给定的大洋温度剖面下,3种工作流体的相变过程时间不同;以正十五烷为温差能热机工作流体的水下热滑翔机具有更广的运行范围.     

一种高容积阻力比水下热滑翔机壳体外形设计

海洋温跃层的温差小,可利用的温差能的能量品质低,水下热滑翔机的热机效率较低,因此需要寻找最低阻力特性的热滑翔机壳体外形。利用水动力数值计算方法,分析了水下热滑翔机4种壳体外形的阻力成因和各自的优缺点,并采用2种不同的求解器对4种壳体外形阻力进行数值计算,不同求解器的计算结果最大偏差小于5%。提出了一个"容积阻力比"的无量纲系数,以此作为评判水下热滑翔机壳体外形综合性能的指标;将纺锤体外形与椭球体首尾外形的优点相结合,提出了水下热滑翔机的新型壳体外形。相比先前讨论的4种壳体外形,该外形具有最大的容积阻力比系数,表明该外形设计在水下热滑翔机的低阻特性与装载能力2种性能之间取得了较好的平衡和兼容。     

水下滑翔机动力系统工作性能的研究

从温差能驱动水下滑翔机的运动轨迹和航行环境出发,对感温工质获取温差能的相变过程进行动态分析,以确定滑翔机工作特性.研究表明,液相感温工质与海水的对流换热效应,导致暖水层航程中的固液相变效率远高于冷水层航程;根据相变的过程特征,动力系统在一个锯齿形航行轨迹中,可分为6个工作过程加以研究;分析感温工质液态和固态的保持时间,可确定滑翔机的航行深度范围,也为动力系统的控制和单向阀的动作时序控制提供了依据,保证了滑翔机动力系统循环工作的特性.     

圆碟形水下滑翔机外形设计研究

圆碟形水下滑翔机是一种新型水下滑翔机,其外形明显不同于现有的传统水下滑翔机,目前尚未看到有关其外形设计的详细讨论。基于水动力分析技术和滑翔机的稳态运动方程,建立了圆碟形水下滑翔机的外形设计分析方法,进而实现了导流沿、机身高度对水动力和运动性能影响的分析。研究发现,导流沿结构会增加单位垂直高度对应的水平滑行距离,但也会降低水平方向的滑行速度;机身高度的降低会增大水平方向的滑行速度,但不影响单位垂直高度对应的水平滑行距离。     

翼身融合水下滑翔机运动仿真分析

针对回转体形状的水下滑翔机浅海水域滑翔能力弱的问题,以翼身融合水下滑翔机为研究对象,对其进行垂直面动力学模型的建立,并采用MATLAB/Simulink搭建运动模型仿真系统进行开环运动响应研究,分析执行机构的调节速度、浮力调节机构布局方式对水下滑翔机运动性能的影响,得到有利于浅海水域滑翔作业的解决方案;研究水下滑翔机系统输入对运动响应参数的影响程度和定量关系,分析水下滑翔机翼身融合水下滑翔机滑翔比与运动角度关系,得到小角度滑翔可充分利用大滑翔比优势适应浅海水域滑翔作业的结论。     

基于改进人工势场法的水下滑翔机路径规划

研究了水下滑翔机在单个运动周期下躲避障碍物的路径规划问题,针对水下滑翔机运动特点,采用改进的人工势场法,规划出避障路径。首先,对传统的人工势场法进行改进,以克服局部极值与目标不可达问题,并引入速度势场函数,将静态势场转变为动态势场;然后,将水下滑翔机的运动特性及约束考虑进来,提出障碍物影响半径确定方法;之后,分析了定常海流对路径规划的影响。最后,以HUST-2号水下滑翔机为例在不同情况下进行仿真试验。结果表明,所用方法能使水下滑翔机成功避开水中静态与动态障碍物。     

基于拍动推进方式的新型水下滑翔机运动特性研究

论文在传统水下滑翔机设计的基础上引入仿生推进的设计理念,希望借助水翼的运动来增加滑翔机的前进速度,从而克服传统水下滑翔机"随波逐流"的缺点。结合浸没边界法采用自编程序,通过求解不可压粘性N-S方程对水下滑翔机仿生推进运动进行了数值模拟研究。分析在不同来流速度下水翼运动参数对滑翔机推进性能的影响,通过自定义的推进效率以及对拍动翼后方涡流场结构的分析确立了最佳运动参数。     

温差能水下滑翔机实验水池温度梯度的理论验证与实验

为使试验水池能为研究温差能水下运载器提供稳定可靠的实验环境,根据滑翔机相变材料相过程变模型的数值求解,得出实验水池温度梯度控制目标,并以此为目标设计出一套基于西门子S7-200PLC的温度梯度控制的实验台架,实验表明,水池在长度方向上有1/3区域可获得理想的温度梯度。     

空投水下滑翔机入水冲击载荷研究

因水下滑翔机内部结构精密,空投入水瞬间水下滑翔机的外壳和内部结构会受到巨大的冲击,直接造成水下滑翔机的损坏。针对上述问题,借助STAR-CCM+软件,采用重叠网格方法和VOF多相流模型,分析水下滑翔机的入水过程,计算不同姿态下的水下滑翔机入水时径向力、轴向力和速度变化,同时考虑水下滑翔机外形结构特点,对水下滑翔机外形结构进行减载优化。仿真结果表明：随入水攻角增大,水下滑翔机受到的径向力作用效果大于轴向力;随入水速度的增大,水下滑翔机入水冲击载荷增加。同时,首部导流罩采用较大长短轴比的椭圆曲线,翼板采用折叠翼、柔性翼等折叠结构能够具有明显减载效果。本文研究成果可为水下滑翔机空投条件选择和空投入水结构优化提供参考。     

Phase change analysis of an underwater glider propelled by the ocean's thermal energy

The phase change characteristic of the power source of an underwater glider propelled by the ocean's thermal energy is the key factor in glider attitude control. A numerical model has been established based on the enthalpy method to analyze the phase change heat transfer process under convective boundary conditions. Phase change is not an isothermal process,but one that occurs at a range of temperature. The total melting time of the material is very sensitive to the surrounding temperature. When the temperature of the surroundings decreases 8 degrees,the total melting time increases 1.8 times. But variations in surrounding temperature have little effect on the initial temperature of phase change,and the slope of the temperature time history curve remains the same. However,the temperature at which phase change is completed decreases significantly. Our research shows that the phase change process is also affected by container size,boundary conditions,and the power source's cross sectional area. Materials stored in 3 cylindrical containers with a diameter of 38mm needed the shortest phase change time. Our conclusions should be helpful in effective design of underwater glider power systems.     

Phase change analysis of an underwater glider propelled by the ocean＇s thermal energy

The phase change characteristic of the power source of an underwater glider propelled by the ocean＇s thermal energy is the key factor in glider attitude control. A numerical model has been established based on the enthalpy method to analyze the phase change heat transfer process under convective boundary conditions. Phase change is not an isothermal process, but one that occurs at a range of temperature. The total melting time of the material is very sensitive to the surrounding temperature. When the temperature of the surroundings decreases 8 degrees, the total melting time increases 1.8 times. But variations in surrounding temperature have little effect on the initial temperature of phase change, and the slope of the temperature time history curve remains the same. However, the temperature at which phase change is completed decreases significantly. Our research shows that the phase change process is also affected by container size, boundary conditions, and the power source＇s cross sectional area. Materials stored in 3 cylindrical containers with a diameter of 38ram needed the shortest phase change time. Our conclusions should be helpful in effective design of underwater glider power systems.     

挖泥船泥浆输送系统的工作范围和施工优化

针对疏浚作业中输送系统工作效率和经济性随工况变化会出现较大波动的问题,分析土质、排距、管径、输送浓度等因素的可施工范围及临界流速、汽蚀余量对系统工作范围的限制,研究输送浓度变化引起的系统产量和效率变化规律,并就典型案例给出了特定工作条件下优化施工的方法,供施工人员参考。     

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。     

锂离子动力电池热管理方法研究进展

动力电池组是电动车船的关键部件,电池温度过高造成的电池性能下降乃至热失控会使整车面临严重的安全风险。本文从传统热管理方法(空气冷却、液体冷却)和新型热管理方法(相变材料冷却、热管冷却、喷雾冷却和液态金属冷却)等几个方面对电池热管理方法进行综述,给出目前电池热管理方法的研究进展,为后续的研究方向提供参考。     

小管径垂直管水下排气完全携带点实验及分析

船用柴油机采用水下排气方式具有降低排气噪声、改善舱外空气质量等优点，在大型豪华游轮等特殊船舶中具有广泛应用前景。为防止海水由排气管倒灌入柴油机造成事故，需弄清水下排气管内水倒流发生的条件。对大管径垂直管防止水倒灌临界条件即完全携带点的已有认识较为统一，而对小管径垂直管仍未有清晰的认识。在管径25~100 mm范围对垂直管的完全携带点进行了实验，探究了小管径垂直管的完全携带点预报方法。实验结果表明在小管径范围，垂直管完全携带点对应的临界表观气速随管径增大而升高，但气相Wallis数随管径增大而减小，说明Wallis数过度关联了管径对临界表观气速的影响。基于气相Kutateladze数和无量纲气相黏性，对小管径垂直管提出了新的完全携带点预报模型和相应实验关联式。     

用超声纵波测试材料45#钢内部的载荷应力

用超声纵波沿垂直于应力方向对45#钢进行测试,测量其在单轴应力作用下的声速变化。实验结果表明:材料在拉、压单轴应力作用下,超声纵波的声速都发生了变化,声速相对变化率与应力成线性关系。通过本实验提供了一种无损测试材料内部应力的方法。