亚临界区雷诺数下电磁力控制圆柱绕流场特性研究（英文）

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。     

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。     

侧方扰动下圆柱体异步并联入水实验研究

为研究圆柱体低速并联入水的空泡演化特性,基于高速摄像方法,开展圆柱体单独入水和异步并联入水的实验研究,通过对比得到侧方扰动下并联双空泡的演化规律,并分析了入水时差对不同闭合方式空泡演化的影响。实验结果表明：侧方扰动的主要表现为次发圆柱体空泡对首发圆柱体空泡的排挤,其对首发圆柱体的影响远大于次发圆柱体,且在入水时差较小时次发圆柱体会使首发圆柱体空泡的喷溅薄膜提前回卷；对于深闭合空泡,随着入水时差的增大,首发圆柱体的空泡闭合时间增加,次发圆柱体空泡的不对称性增强,回射流的角度和高度均减小。对于表面闭合空泡,随着入水时差的增大,双空泡的闭合时间与首发圆柱体空泡的气团脱落时间都会推迟,侧方扰动对空泡闭合时间的影响减弱,在空泡闭合后,空泡的特征长度逐渐增大。     

基于四面体单元的体素法计算导管架浮心及浮力

导管架的浮心浮力计算可以归结于圆柱体与水平面的求交计算。但是圆柱体连接节点与水平面的求交计算很难使用解析方法。本文提出将导管架模型分解为四面体单元,分析每个四面体单元与水平面的相对关系,从而计算得到其浮力和浮心,最终汇总得到整个导管架的浮力浮心。     

油管挂外补芯与采油树本体间的锁紧环设计

锁紧环是油管挂外补芯坐挂于采油树本体上的关键锁紧固定机构,锁紧环的失效与否直接关系到油管挂外补芯能否有效坐挂于采油树本体上并解锁回收。根据我国南海某油田工况,依托美钻能源科技（上海）有限公司1 500 m水下智能井口和采油树项目,着重介绍锁紧环的设计方案,就可能遇到的油管挂外补芯多年服役后难以解锁回收的问题进行研究分析,提出针对性解决措施。有效解决了油管挂外补芯的回收再利用这一关键技术难题。     

水平潜浸圆柱体在斜浪中的波浪力

波浪作用于水平圆柱体上的惯性力，在低Ｋｃ数时是随着Ｋｃ数的增加而明显地减小，作者阐述了水平圆柱体上惯性力的减小量可以用一简单的脱涡模型来表示，在这个模型的基础上导出规则波中的惯性力系数，此系数可用一简单的公式来描述：Ｃｍ＝２－（２／π＾２）Ｋｃ＾２本文将此公式推广到水平潜浸圆柱体在规则斜浪中的情况。在Ｋｃ数氏于２．５时，推广公式的结果和相应波向角下的试验结果吻合良好。     

两圆柱体在波浪载荷作用下的运动响应分析

基于势流理论和波浪辐射/绕射理论,利用水动力分析软件(AQWA)研究两圆柱体在波浪作用下的运动响应特性,给出不同入射角与不同频率规则波作用下,小圆柱体单独运动时的六自由度响应幅值算子(RAOs)及运动响应,并与两个并排圆柱体六自由度响应幅值算子(RAOs)及运动响应作比较。结果表明:大圆柱体的干扰将使小圆柱体的纵摇、横摇、横荡、垂荡运动加剧,对小圆柱体漂移力也有较大影响,但对小圆柱体的纵荡与首摇运动影响不大。计算结果与传统方法计算值相近,证明此软件合理,可为两船在波浪中的干扰模拟计算提供参考。     

基于重叠网格的风力助推转子绕流研究

利用风力助推转子辅助推进在实际工程中广泛应用,但以往的研究多局限于低雷诺数和单圆柱的范畴。本文基于重叠网格技术研究亚临界雷诺数范围内串列双圆柱体绕流,寻找合适的转速比实现航行器辅助推进。研究结果表明,旋转圆柱体产生的横向力可以为航行器提供辅助动力。然而转速比较大时,上下游圆柱产生的横向力差距变大,这对航行器的航向稳定性不利。要消除这种不利的影响,下游圆柱体需要更大的转速比才能平衡这个扭矩。随着转速比的增加,旋转圆柱体的尾涡由交替脱落转变为无明显的漩涡脱落,上游圆柱体对下游圆柱体的影响逐渐削弱。     

均匀粘性流体中截断直立圆柱体受迫振荡的三维数值模拟

研究了直立截断圆柱体受迫振荡时的三维绕流问题.以不可压缩Navier-Stokes方程为控制方程,采用有限体积法和PISO算法,以自身泻涡频率为振荡频率建立数值模型对受迫振荡圆柱体进行研究分析.分析对比了受迫振荡圆柱体与静止圆柱体力系数差别及流场特性,并取多组雷诺数对柱体的力系数和流场进行了研究分析,总结了受迫振荡圆柱体力系数幅值及平均力系数随雷诺数的变化规律.     

两向自由度低质量比圆柱体涡激振动的数值计算

使用RANS方程求解器结合SST κ-ω湍流模型对低质量比弹性支撑圆柱体在流向和横向(两向)的运动进行了数值计算,着重研究了限制流向运动与否对圆柱体横向振幅的影响.通过对不同质量比圆柱体在较大折合速度范围内的计算,得出了当质量比低于m*cri=3.5时,两向自由度的圆柱体比限制流向运动的圆柱体能产生更大的横向振幅.数值计算结果与最近物理实验结果进行了详细的比较和讨论.     

两种典型质量比圆柱体涡激振动特性研究

针对圆柱体在大长细比、多模态振动及高雷诺数情况下出现较大变形时的非线性效应,建立了双自由度耦合模型,并采用ANSYS/CFX软件对不同质量比的圆柱体两向涡激振动进行数值模拟,探讨了两种典型质量比圆柱体在不同约化速度下的位移响应、两向频率比等特征规律。研究表明,低质量比圆柱体具有更大的锁定区范围和更加剧烈的共振现象。同时,低质量比圆柱体在锁定区范围内呈现出更加复杂的双向耦合规律,而高质量比圆柱体振动规律则相对稳定。探讨了质量比对"拍"、"相位开关"等涡激振动现象特征参数的影响,结果表明,"拍"现象的出现与质量比无直接关系,而质量比的大小可能对"相位开关"现象是否出现具有决定性影响。     

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.     

波流共同作用下大直径圆柱三维绕流数值模拟

通过应用有限体积法对在波流共同作用下大直径圆柱绕流现象进行三维数值模拟,对圆柱体局部复杂流动进行了三维湍流计算分析,给出了三维流场、圆柱体表面及其所在局部底床床面应力分布,并在此基础上对圆柱体所在底床的局部冲刷进行了初步分析。     

基于VOF的物体入水-下潜过程数值模拟

漂浮物体在取水口附近入水后可能会下潜至涵道,为数值研究其入水-下潜过程,基于计算流体力学模型中的VOF法,并结合动网格方法,首先构建了不同密度圆柱体的自由入水以及出水过程,验证了物体出入水过程造成的射流、入水深度及物体速度变化;其次结合二维明渠的取水过程模拟了不同初始动量条件下圆柱体的入水-下潜过程。结果表明:文章建立的入水-出水数值模型可很好地刻画二维圆柱体入水及出水的具体过程,且初始动量大小是圆柱体在入水后能否下潜至取水涵道的关键因素,数值结果为判断取水口附近物体入水后的下潜风险提供了分析依据。     

基于ANSYS的三圆柱附连水质量计算

对三体船总振动预报,需计算参与振动的附连水质量。采用ANSYS流固耦合方法模拟了一系列的不同尺度比、不同间距的三圆柱在水中振动特性,并计算附连水质量。三圆柱体的振动附连水质量随着片体增大而增加,垂向附连水质量随着片体与主体的间距增大而减小,水平振动附连水则相反,但最终都趋向于3个单独的圆柱体附连水质量之和,并根据所求结果在单圆柱体的基础上给出一个修正系数来求三圆柱体的附连水质量,并推广到三体船上。     

圆柱体高速入水数值模拟研究

为了获得圆柱体高速入水过程的演化规律,采用计算流体力学方法对其进行仿真模拟。应用VOF模型和重叠网格技术对圆柱体入水过程的运动情况进行计算,利用Schnerr-Sauer空化模型对入水空化现象进行模拟。仿真获得圆柱体入水过程的空泡演化过程、压力变化和速度衰减曲线。结果表明:圆柱体高速入水过程中,速度先急剧减小然后逐步平稳降低,空泡开始形成,圆柱头部边角处出现空化现象;在撞水时圆柱头部压力急剧增大,入水后压力迅速减小;入水过程与文献结果变化趋势一致,验证了模型的可靠性。     

Д形圆柱体大角度撞水载荷计算及缓冲问题的研究

一种Д形圆柱体底部金属结构在大角度高速入水时遭受破坏,解决该问题对某工程活动具有重要意义。根据KornhauserM提出的数学模型,对该圆柱体入水载荷进行预报计算并对缓冲问题进行分析,提出了在不改变Д形圆柱体结构的情况下,使用硬质聚胺酯泡沫塑料(RPUF)作缓冲层的方案,解决了工程中遇到的难题。     

电磁力控制圆柱体绕流研究进展

圆柱体作为常见的一种钝体结构,其流动分离控制一直备受关注,而通过电磁力实现流动分离控制是当下研究的热点之一。该文以圆柱结构为对象着重介绍了电磁力控制圆柱体结构绕流的含义和研究现状,并对不同磁极宽度对圆柱绕流的影响进行了概括,同时简要介绍了含有电磁力的流动控制方程。最后,针对目前研究中存在的不足,提出应重视在高雷诺数条件下电磁力对圆柱体绕流影响的研究、计算流体力学与实验流体力学方法相结合这两点建议。     

低质量-阻尼因子圆柱体的涡激振动预报模型

本文考查了在均匀来流中作横向振荡的圆柱体与周围流体之间的能量转移,由此建立了基于受迫振荡实验数据的弹性支撑圆柱体在均匀流中的涡激振动响应预报模型.根据此模型,分析了低质量-阻尼因子圆柱体的涡激振动响应特性.就水中圆柱体涡激振动响应特性相关的几个关键性问题进行了深入的讨论,包括响应振幅的决定因素、附加质量对锁定范围及响应频率的影响.正确理解这些问题对于深水立管涡激振动响应的有效预报至关重要.     

高雷诺数时串列弹性双圆柱在均匀流场中的脉动升力和阻力

本文通过实验测量柱表面的脉动压力，获得了在高雷诺数范围中（4．19×104＜Re＜5．77×105）串列弹性双圆柱体（2．5＜L／D＜5．02）及孤立弹性圆柱体在均匀流场中的脉动升力和阻力。实验发现，在高雷诺数区中串列弹性双圆柱体的脉动升力与阻力与孤立弹性柱有较大的差异。