基于MSC.Patran的水翼升力求解方法研究

根据已有的水翼升力面理论计算方法及成果,对水翼模型进行部分简化,并借助MSC.Patran实现了水翼模型和流场计算域的参数化建模,设置边界和工况后,对水翼航行中的升力使用有限元法进行迭代求解。与已有规律和试验结果对比表明,使用参数化建模和有限元法可以计算出水翼的升力以及自由面的形变数据。不仅减少了手工劳动,而且预报了水翼的升力及分布。     

二维地效翼气动力的计算和性能研究

本文基于势流边界元理论（ＢＥＭ）和边界层动量积分关系式数值求解二维地铲翼的气动力,研究了升力正负地效问题及粘性对地效翼升力、俯仰力矩及焦点的影响,并给出了不同地面边界条件的计算结果及相应的粘性修正方法。     

二维地效翼气动性能计算研究

从格林定理出发,在边界上布置Rankine源和偶极子,分别用定常和非定常方法对二维地效翼的性能进行计算,构建一种处理地效翼问题的计算模型。详细介绍这种方法的理论推导和计算过程,并经过试算确定了适当的模型参数。通过对多个参数的变化调整,讨论离地间隙、攻角对二维地效冀升力的影响。大量的数值计算和与试验数据的比较,证实该法作为地效翼问题的一个支撑模型是可行、可靠的。     

三维流场下地效翼船巡航状态非线性k—ε湍流气动的数值模拟

本文提出了一种可以较精确地计算地效翼船巡航状态下气动力的设计方法。应用流体力学中线性和非线性湍流理论并结合有限元法对地效翼船进行了气动性能计算。并结合实验数据对比，可以发现应用非线性喘流理论计算值较为精确，同时又将单算主翼气动性能与计算整体地效翼船数值进行对比，发现单算的主翼气动力大于整体算法的，这主要是未考虑主浮舟等附体对气动力的贡献，作为设计之初可以考虑单算主翼，但随着工作的深入一定要对地效翼船整体气动力性能进行研究，以确定巡航状态下是否提供足够的升力，这是地效翼船设计的关键，在进行整体和单体计算后又进行不同高度下的气动力分析。分析表明随高度增大地效翼船升力明显减少，并得出适合地效翼船巡航的高度。     

三维流场下地效翼船巡航状态非线性κ-ε湍流气动的数值模拟

本文提出了一种可以较精确地计算地效翼船巡航状态下气动力的设计方法,应用流体力学中线性和非线性湍流理论并结合有限元法对地效翼船进行了气动性能计算,并结合实验数据对比,可以发现应用非线性湍流理论计算值较为精确.同时又将单算主翼气动性能与计算整体地效翼船数值进行对比,发现单算的主翼气动力大于整体算法的,这主要是未考虑主浮舟等附体对气动力的贡献.作为设计之初可以考虑单算主翼,但随着工作的深入一定要对地效翼船整体气动力性能进行研究,以确定巡航状态下是否提供足够的升力,这是地效翼船设计的关键.在进行整体和单体计算后又进行了不同高度下的气动力分析,分析表明随高度增大地效翼船升力明显减少,并得出适合地效翼船巡航的高度.     

基于板壳模型的减摇鳍鳍翼水力负荷结构分析

为了提高减摇鳍仿真模拟工作的效率和仿真模拟的精确度,基于ANSYS软件中的Workbench-component systems建立鳍翼的板壳模型,采用FLUENT软件与ANSYS软件相结合的方式对减摇鳍进行流固分析。利用FLUENT软件对某型减摇鳍鳍翼进行水动力分析,获得鳍翼在流场中的升力和阻力;将鳍翼受到的升力和阻力分别施加到基于实体单元和板壳单元的鳍翼结构有限元模型上,进行鳍翼结构响应分析。结果表明:与实体模型相比,基于板壳模型的鳍翼结构有限元分析建模工作量小、计算耗时少、数值模拟计算精度高。对于鳍翼而言,在结构上和力学性能上更适合用板壳模型进行有限元分析。     

高速复合水翼双体船的运动预报

基于2.5D理论,考虑粘性影响,预报了高速复合水翼双体船在规则波中的运动响应,并与试验结果进行了比较.在计算过程中,对复合水翼模型进行了简化,且计算了不同升力浮力比对运动的影响.结果反应出在计算高速双体船和水翼双体复合船型纵向运动性能时,水的粘性影响不可忽略,且计算表明计算值与试验值符合较好,文中提供的方法可提高这类高速水翼双体复合船型的运动预报精度.     

亚临界雷诺数下串列三圆柱体绕流特性研究

基于流体计算软件Fluent,本文采用Smagorinsky亚格子模型的大涡模拟(LES)方法,对Re=3900时串列三圆柱体群绕流进行了三维数值模拟.首先,通过求解单圆柱算例来验证计算模型及参数的正确性.然后,分析了间距比对三圆柱体群绕流特性的影响.数值结果表明:随着间距比的增大,剪切层会出现再附着、卷起再附着和无再附着三种形式,同时尾涡第一次卷起位置也会逐渐向上游移动.此外,圆柱体尾流区顺流向时均速度分布由"U"型变为"V"型,横流向时均速度近尾流区分布呈反对称,远尾流区反对称现象会逐渐减弱.在L/D=4.1～4.2范围内,串列三圆柱体群所受的流体力会发生突变.上中游圆柱体平均阻力系数会增大,与双圆柱体工况类似;然而,下游圆柱体会减小.最后,三圆柱体的升力系数主频率值基本一致,并随着间距比的增大而增大.     

偶极分布法计算近水面水翼的升力和兴波

本文用水翼中拱面和尾涡面上偶极分布的方法计算在静水翼航状态下水翼的水动力性能。由于导出了计及兴波影响的四边形偶极单元的诱导速度计算公式,折曲状的尾涡位置可以比较精确地迭代确定,所以水翼升力和兴波的计算比以往的方法有较大改进,并可为多翼系统干扰的计算提供依据。     

某型地效翼船翼型选择分析

地效翼船(WIG)是一种融合了航空技术与船舶技术的新型高性能船舶,而机翼是产生地面效应和提供升力的主要部件,翼型的优劣直接影响地效翼船的飞行性能.根据某型地效翼船的气动布局特点建立分析模型,采用面元法对2种翼型的气动特性进行计算.对比2种翼型的特性曲线,结果表明,在同一条件下,2#翼型具有更大的升力,地效翼船的起降性能更优越,因此该型地效翼船的机翼更适合采用2#翼型.     

Empirical model of the wake-induced lift force on a cylinder with low mass ratio

The vortex-induced vibrations (VIV) of two flexible circular cylinders in a tandem configuration were studied numerically for spacing ratios ranging from 6 to 18 and the reduced velocities ranging from 2.35 to 12.59. The VIV response amplitude, response frequency, fluid force, pressure distribution and vortex structure of the tandem cylinders with different spacing ratios under different reduced velocities were compared. The results indicate that there is a great difference between the lift forces on the downstream and upstream cylinders. The lift coefficient of the downstream cylinder undergoing the wake-induced vibrations (WIV) is larger than that of the upstream cylinder, and the dominant frequency curves of the lift coefficients of the upstream and downstream cylinders separate. It can be found that the length and intensity of the wake are quite different under different reduced velocities and spacing ratios, and the reattachment positions between the wake and the downstream cylinder are different, which leads to a great change in the flow around the downstream cylinder and have a great effect on the wake-induced lift force on the downstream cylinder. Considering these factors, an empirical model for the wake-induced lift force on a cylinder with low mass ratio was proposed and verified.     

电磁力控制翼型三维绕流场特性的数值研究

在弦长雷诺数Re_L=2.97×10~6下,采用脱体涡模拟方法对弱电解质中电磁力作用下翼型绕流场特性进行了数值模拟,研究了电磁力作用控制翼型失速攻角时绕流场中三维流动特性及失速问题的规律和机理。结果表明:电磁力作用可有效改善翼型周围的流场结构,显著减小翼型绕流场三维特性,并使翼型表面流体动能增加,当电磁力作用足够大时,其表面涡量转变为正向涡量。同时,电磁力作用可增加翼型升力,减小阻力,显著减小升阻力脉动特性,提高翼型升阻比,还可以显著延缓翼型失速特性,增加失速攻角,提高工作性能。     

Estimation of wind loads on VLFS of semisubmersible type

This paper presents the results of investigation of wind lift force on VLFS of semisubmersible type. In the present study, wind–wave tank experiments on the scale model were also conducted in regular progressive waves. Lift forces and wind pressure were measured as a function of column diameter, unit number, superstructure and wave condition, and divided into time-averaged mean and fluctuating components. The importance of lift force, especially at the leading edge of deck, was verified in the experimental results. The results showed that fluctuation in lift force which was caused by interaction between the wind and wave was significantly large in typhoon conditions. Measured lift forces were linearly related to fluctuation of wind velocity. A lift force model is further proposed for the estimation of lift forces on VLFS of semisubmersible type and the effectiveness of this model was confirmed by the present experimental data.     

湍流作用下颗粒旋转对海水管道的冲蚀磨损过程分析

为了进一步准确预测海水管道携沙的冲蚀磨损,分析了湍流作用下颗粒旋转的冲蚀磨损过程。基于计算流体力学与冲蚀磨损理论,建立了颗粒旋转的数学模型。首先验证了双向耦合对流场的影响,计算了不同冲蚀磨损模型在考虑颗粒旋转条件下的磨损率,讨论了斯托克斯数对磨损位置的影响,分析在考虑颗粒旋转时下不同流速下冲蚀磨损过程。结果表明:考虑颗粒旋转条件下,颗粒在弯头处的运动轨迹发生明显改变,一部分颗粒在惯性力的驱动下直接冲击弯头,另一部分颗粒与弯头产生碰撞后在旋转升力的作用下环绕管壁运动,使得颗粒与壁面碰撞次数增多,颗粒获得充分发展,管道最大磨损率上升。     

基于CFD的半潜式钻井服务支持平台拖航阻力数值分析

通过分离涡模拟法（detached eddy simulation,DES）对半潜式钻井服务支持平台拖航阻力进行了研究,重点对平台拖航阻力、阻力系数和平台表面附近流场分布等特性进行了研究。研究表明：流方向下平台各结构所受阻力各不相同,下浮体占据总阻力比最大（尤其是90°来流方向下）。阻力系数及升力系数时历曲线变化具有“脉动性”。通过平台表面附近流场分布可以分析涡形成及受力原因,逆方向流及涡之间相互作用使得阻力有所减小。     

导管舵性能分析与舵力计算

导管舵能为船舶提供良好的回转性,被广泛应用于对操纵性要求高的船舶或者舵系布置空间紧张的船舶,然而其舵力计算有别于常规舵。采用Fluent软件分析了导管舵的敞水性能,求出其升力系数曲线和力矩系数曲线并分析其表面压力分布特点。考虑船体伴流和螺旋桨尾流的影响,进行了导管舵的舵力和舵机扭矩计算,为舵的设计奠定基础。基于CFD软件和理想推进器理论求舵力的方法可为非常规舵的设计提供参考。     

升船机提升系统中船厢、水体和钢缆相互耦合作用分析

本文在作者[1]先前采用水弹性理论建立的对整个提升系统的动力特性进行数值研究的理论模型的基础上,首先对船厢变形状态下的缆力表达式作了更为详细的推导,然后以中国船舶科学研究中心的1∶30的缩比模型为对象,从整体角度,对其流固耦合问题,主要是提升过程中船厢内水体的晃荡、提升缆的受力和船厢动态响应,作了数值研究.在提升系统受到船厢内一非对称水波扰动的假定下,分别对船厢简化为刚性和考虑实际弹性的两种情况进行了计算、分析和对比,得出了一些有益的结论.计算结果表明,对升船机这样一个复杂系统,文献[1]中所建立的理论模型及本文的数值计算方法是可行的.     

浸没边界格子Boltzmann方法的改进及转动圆柱绕流模拟

针对浸没边界格子Boltzmann方法计算效率不足的问题,提出一种改进浸没边界格子Boltzmann方法。通过使用作用力格子Boltzmann模型,并简化流固耦合作用力的计算方法,使计算流程得到简化,同时,对比原方法转动圆柱绕流计算结果,计算时间缩短一半以上,提高了数值计算效率。结合改进算法研究转动圆柱绕流的流场升阻力系数、压力系数、流场速度等流体参数场随转速比的关系,揭示了一定的转动圆柱绕流动力学规律。研究结果表明,改进方法准确可靠。     

亚临界区雷诺数下电磁力控制圆柱绕流场特性研究

采用脱体涡模拟方法对弱电解质中电磁力作用下圆柱绕流场及其升阻力特性进行了数值模拟与分析。研究结果表明,在亚临界区雷诺数下电磁力可以提高圆柱体边界层内的流体动能,延缓圆柱体近壁面流动分离,减弱绕流场中流向和展向大尺度涡的强度,减小圆柱体阻力及其升力脉动幅值;当电磁力作用参数大于某个临界值后,流动分离角消失,在圆柱体尾部产生射流现象,电磁力产生净推力作用,出现负阻力现象,而且升力脉动幅值显著减小且接近于零。