基于流固耦合的轮缘推进器水动力性能和强度校核分析

[目的]为了综合分析轮缘推进器的整体水动力性能和强度性能,提出采用基于流固耦合的计算方法进行联立求解。[方法]首先,采用计算流体动力学(CFD)方法计算3种不同导流罩结构的轮缘推进器在不同进速下的推力、扭矩和效率等参数,分析3种结构的轮缘推进器的水动力性能计算结果,以确定最佳的导流罩结构型式;然后,通过联立求解,将CFD计算结果作为轮缘推进器强度校核的载荷条件,计算其在实际工况下的等效应力。[结果]计算结果表明:导流罩对轮缘推进器水动力性能的影响非常大,即使采用相同的螺旋桨模型,不同的导流罩结构也将直接影响整个推进器的推力和效率;对于配置最佳导流罩结构型式的轮缘推进器,螺旋桨在设计航速下的最大等效应力为许用值的68.16%,可以满足设计工况条件下的强度要求。[结论]流固耦合计算方法适用于轮缘推进器的水动力性能和强度校核的有效分析。     

声呐导流罩关键结构参数对航行阻力的影响

外形轮廓和结构参数是决定声呐导流罩航行阻力与水声性能的主要因素,导流罩突出于船体的底部或首部,可以明显降低水流对声呐探测性能的影响,但其在一定程度上增大了航行阻力。本文通过数值方法研究导流罩的最大水面线长宽比和最大纵剖面宽高比等关键结构参数对某I型船航行阻力的影响。结果表明,声呐导流罩的长宽比为3.4~3.6及宽高比为1.1~1.2时,船航行时所受的阻力明显比加装其他比例的导流罩小,且其排水体积相对整个船的排水体积也较小,综合性能最佳。数值结果与相关的实验数据吻合较好。     

竖轴水轮机叶片安装位置对水动力性能影响的研究

本论文旨在研究竖轴水轮机叶片安装位置对水轮机水动力性能的影响,考虑到竖轴水轮机叶片延展向剖面相同的特点,本文将水轮机模型简化为二维模型并利用开源软件OpenFOAM对竖轴水轮机进行了研究。首先文章给出了水轮机模拟中多个参数的取值策略,之后对不同叶片安装位置的三叶片竖轴水轮机进行了CFD瞬态模拟,得出了其功率系数随叶尖速比的变化曲线。最后,文章通过分析水轮机功率、推力及侧向力系数,发现了叶片安装位置接近叶片中心位置时,水轮机在运行中受到的载荷较小等结论。     

基于重叠网格方法的水轮机非定常水动力数值仿真

[目的]为了研究海流环境条件下水轮机的非定常水动力性能,[方法]采用基于重叠网格的动态流体固态相互作用(DFBI)方法,对水轮机在不同来流条件下的非定常水动力性能进行仿真分析。[结结果]研究结果表明:采用基于重叠网格的DFBI方法可以实现在启动过程的起步、加速和稳定3个阶段对水轮机转速、力矩和流场等瞬态参数进行监测;水轮机获能系数Cp在设计流速1.2 m/s附近出现峰值0.24,在流速动态变化条件下,水轮机的平均获能系数约为0.181,与设计流速为1.2 m/s时的获能系数相比下降了约33%。[结论]采用的基于重叠网格的DFBI数值仿真方法能够对实际海流情况下的水轮机被动旋转水动力特性进行监测,对实际工程设计具有较好的参考价值。     

水轮机影响域的数值仿真计算

运用CFD方法,建立潮流能水轮机分析模型,采用MRF(多参考系)模型和滑移网格技术对水轮机进行水动力性能的模拟计算,验证了CFD方法预报水轮机性能的可靠性。初步总结水轮机在潮流中工作的水动力特性,并计算了水轮机间距对水轮机性能及尾流场的影响。结合Fluent后处理软件Tecplot对计算结果处理分析,得到水平轴水轮机在工作过程中对周围流场的影响。研究发现,当水轮机间距为2D时,水轮机相互影响较小,在水轮机尾后方4D处,速度基本恢复为来流速度。为海上可再生能源试验平台的概念设计提供了参考和指导,为平台总布置设计提供了有意义的理论基础。     

典型含水复合结构在聚能装药水下 爆炸作用下的毁伤

聚能装药水下爆炸对含水复合结构的毁伤主要为聚能侵彻体对钢+水+钢多层结构的侵彻贯穿以及水下爆炸冲击波的联合作用。文章通过水下爆炸实验和数值模拟,对典型含水复合结构在聚能装药水下爆炸作用下的毁伤进行了研究。结果表明:在聚能装药水下爆炸作用下,复合结构水舱前板发生较大孔洞的严重撕裂,水舱后板产生穿孔,孔径约为聚能装药直径的1/3;相同爆心距离,装药侧向的冲击波压力受装药形式影响不明显;随着水层厚度的增加,侵彻体对后效靶的侵彻深度降低,后板的中心永久位移逐渐减少;侵彻路径上的弹前激波先于侵彻体作用于结构表面,结构穿孔破坏是冲击波与侵彻体的共同作用的结果。     

三维竖轴潮流水轮机水动力性能研究

竖轴水轮机作为潮流能转换为电能的核心装置,其水动力性能的优劣将会直接影响到整体发电系统的效率。为了研究大型竖轴水轮机叶片安装角对水轮机水动力性能的影响,基于多参考系模型(MRF),采用Fluent软件对流场中的模型进行3D数值模拟。在转速和来流速度保持不变,改变安装角时,分析同种翼型5个不同安装角叶片对潮流能水轮机的水动力性能的影响。同时分析在同一安装角和旋转速度条件下,不同来流速度对水轮机水动力性能的影响。结果表明,叶片安装角对竖轴潮流水轮机的能量利用率影响较大,来流速度对水轮机叶片表面的静压力和输出功率具有一定的影响。研究结果对今后竖轴水轮机的设计和生产具有借鉴意义。     

潮流能水轮机叶片设计与计算

  目的  为了研究海流环境条件下水轮机的非定常水动力性能,  方法  采用基于重叠网格的动态流体固态相互作用（DFBI）方法,对水轮机在不同来流条件下的非定常水动力性能进行仿真分析。  结果  研究结果表明：采用基于重叠网格的DFBI方法可以实现在启动过程的起步、加速和稳定3个阶段对水轮机转速、力矩和流场等瞬态参数进行监测;水轮机获能系数C_p在设计流速1.2 m/s附近出现峰值0.24,在流速动态变化条件下,水轮机的平均获能系数约为0.181,与设计流速为1.2 m/s时的获能系数相比下降了约33%。  结论  采用的基于重叠网格的DFBI数值仿真方法能够对实际海流情况下的水轮机被动旋转水动力特性进行监测,对实际工程设计具有较好的参考价值。     

水下浮式结构优化设计及力学特性试验

针对大长细比浮式结构水下工作时存在涡激振动、结构稳定性差、动态特性明显等问题,分析计算水下浮式结构力学特征、动力学特性,寻找解决减小水下浮式结构涡激振动效应的方法。同时采用物理模型试验方法验证研究成果的准确性。研究结果表明,采用合理导流板结构形式,可有效降低水下浮式结构涡激振动效应。该理论分析与仿真计算方法可有效应用于水下浮式结构优化设计。     

潮流能水轮机翼型几何参数对其水动力学特性的影响研究

为探索潮流能水轮机翼型几何参数对其水动力学特性的影响规律,以NACA系列翼型为研究对象,选择最大相对弯度及其所在位置、最大相对厚度及其所在位置四个主要因素,通过L_9(3~4)正交表得到9个试验组合。利用Fluent对不同几何参数下的翼型进行建模,以最大升阻比为评价指标,进行正交试验。通过极差分析,得到翼型最大升阻比各影响因素的主次顺序,最终得出NACA7408-40%为最优的参数组合。为潮流能水轮机翼型的设计提供参考。     

导流墩对狭窄连续弯道枢纽船闸引航道口门区水流条件改善规律研究*

依托湘江土谷塘航电枢纽工程,采用整体水工模型试验,着重介绍利用导流墩改善狭窄连续弯道枢纽船闸下游引航道口门区通航水流条件的研究成果.根据试验观测到的数据和水流现象,分析导流墩不同平面布置形式,包括导流墩数量、导流墩间距以及导流墩布置角度对口门内斜流角度、横向流速及回流等水力参数的影响,总结导流墩平面布置形式对狭窄连续弯道枢纽船闸下游引航道口门区水流条件的改善规律.     

内河航运枢纽船闸水闸同步施工导流方案仿真分析

导流明渠体型优化研究对保证施工安全、节约工程投资具有重要意义。应用平面二维水流数学模型,研究来流条件及导流明渠体型优化方式对导流渠过流能力及工程河段水力特性的影响。结果表明：当扩大相同大小的导流明渠断面面积时,相较于增加渠底宽度,增加渠深导流渠上游的壅水高度更低、导流渠内部及出口处水流紊动更弱;随断面增大,两种方案的导流渠上游最大相对壅水高度的差异增大;最大相对壅水高度随流量增大而增大,增加渠深方案的上游最大相对壅水高度随流量增大的增幅更小;增加渠深方案的导流渠内部最大流速更小,且水流归槽状态更好,堰面流速和回流强度更小。     

液压回转系统仿真

利用Amesim软件,对克令吊回转机构的液压系统进行了物理建模,根据启动、制动工况设置了不同参数并进行批处理仿真,对仿真结果进行了分析,仿真结果可为克令吊回转机构液压系统的设计提供参考。     

那吉航运枢纽施工导流模型试验研究

通过1:100定床整体水工模型,对一期导流明渠的泄流能力、流速流态、通航水流条件和二期3孔导流的泄流能力、船闸的通航水流条件进行了试验研究。研究表明,一、二期导流工程泄流能力满足设计要求,通航水流条件满足施工期要求。     

长江口深水航道分流比与汊道稳定性评估

潮汐河口汊道整治工程通常引起工程所在一支汊道分流比减少,目前对这种分流比减少的河势效应缺乏量化的评估.通过窦国仁河相方程,探讨长江口深水航道整治工程开工以来北槽水、沙条件的变化与河相调整间的相关关系.结果显示:1)整治工程可产生的河相调整幅度小于实际增幅.期间,大规模的疏浚工程和区域含沙量的降低是平衡河相实际调整的两大...     

设计参数对水下机械手控制机构性能的影响

为研究设计参数对水下机械手的控制及操作性能的影响,以水下液压机械手单关节执行机构为研究对象,确定了下机械手的初始参数;基于流量连续性方程及力平衡方程,建立活塞输出位移对阀输入位移的传递函数以及负载力扰动的传递函数,并以速度放大系数,液压固有频率及液压阻尼比作为水下机械手控制机构的性能指标,详细分析各设计参数对水下液压机械手控制机构性能的影响。研究表明：减小控制阀的位移,增大弹性模量,减小控制阀两端的压差,可以改善控制机构的响应速度和稳定性,提高机械手的控制和操作性能。     

蜀山泵站枢纽船闸输水系统水力学模型试验

蜀山泵站枢纽船闸对引江济淮工程航运至关重要,是连通长江与淮河,确保引江济淮航运干线畅通的控制性工程,其闸室规模大、工作水头高、输水能量高,输水过程水力学问题是船闸设计的关键环节。结合工程地质和结构设计,船闸拟采用形式最为简单的闸墙长廊道侧支孔输水系统,输水过程船舶与船闸自身安全能否满足相关要求需要开展细致研究。通过比尺为1∶25的物理模型试验,对其输水过程船舶停泊条件、水力特性及引航道水流条件开展研究。结果表明:在推荐的输水系统布置和阀门开启方式下,各项水力指标均能满足规范和设计要求。     

长洲枢纽变动回水区汇流河段羊栏滩航道整治研究*

羊栏滩位于郁江与黔江汇合处,又处于长洲枢纽的变动回水区内,滩段水流急、流态乱、横流大,航行条件恶劣,航道尺度由Ⅳ级提高到Ⅱ级的难度很大,主要通过物理模型进行研究。针对本滩的水力特性,对比航槽拓宽、黔江汇流口改善工程、大沙左汊开挖分流以及大沙中槽开挖分流等4种整治思路,提出了开挖非航槽分流方案,实测整治效果分析表明:模型试验预报的大流速区数值、位置与原体基本一致,工程实施后航道条件得到明显改善。     

潜艇组合型尾舵的受力分析及传动机构设计

针对一种新型带副舵的潜艇组合型尾舵,设计了一种液压驱动副舵的传动机构原型。阐述了该传动装置的结构形式、传动工作原理;通过改进该型舵的水动力模型,运用儒可夫斯基翼型绕流环量公式和库塔-儒可夫斯基升力公式对其液压传动系统的液压驱动力进行了计算分析,得到液压驱动力与副舵的弦长、形状、液压腔隔板长度以及主、副舵转动角度等参数之间的关系。本研究为具体的舵型结构设计提供参考,对于该型舵的工程化应用具有指导意义。     

印尼ADIPALA电厂取水头和泵房内漩涡治理物理模型试验研究

通过印尼ADIPALA电厂循环冷却水取水口和取水泵房的水工物理模型试验,研究了电厂循环冷却水在取水口、引水箱涵、前池、流道等处的水流特性。试验中发现,在原设计方案中,取水口和分流墩附近出现了有害的串状吸气漩涡。文章通过对漩涡出现原因进行分析,采用了不同的治理措施,有效消除了漩涡,保证了电厂取水安全。