用伪谱矩阵方法计算平板湍流边界层

作为在理论上研究微气泡减少船舶阻力的前期工作,本文主要用伪谱矩阵方法计算不可压缩平板湍流边界层流动.为了让计算格点(43×43)在湍流区线性底层(y+＜5)和过渡区(5＜y+＜40)有十多个计算点,从物理平面到计算平面的转化过程中需进行伸缩变换.对几种零方程湍流模式进行了计算,通过与前人的经验数据进行比较,表明计算结果是可靠的.     

用大涡模拟方法研究湍流边界层流动噪声

利用大涡模拟方法,对刚性光滑平板上充分发展的低马赫数湍流边界层流动进行了数值模拟.在此基础上将时一空变化的湍流流场信息作为近场声源,运用Lishthill的声学类比理论计算了边界层辐射噪声.文中讨论了偶极子、四极子对噪声的贡献,通过对比它们的功率谱密度,认为壁面剪切应力(偶极子)是湍流边界层辐射噪声的主要来源.     

湍流边界层的两层模型积分法

湍流边界层的两层模型(TLM)微分法在过去的十几年里得到了迅速发展.然而,目前除了对简单的模型外,还未能得到完全可靠的速度剖面模型.本文针对平板湍流边界层讨论一种新的两层模型积分法,该方法的内层采用壁面率,而外层使用了剪应力呈抛物线分布的Clauser湍流粘性公式.计算结果与1/7幂次律单层模型进行了比较,吻合较好.如果考虑压力梯度的影响,还可以将该方法推广到轴对称和三维湍流边界层中去.     

压力梯度对湍流边界层壁面脉动压力影响的数值模拟分析

通过对非平衡态湍流边界层壁面脉动压力的数值模拟研究,建立有压力梯度下的湍流边界层壁面脉动压力数值模拟方法。通过对不同厚度分布的翼型表面的湍流边界层模拟,获得不同压力梯度模型的壁面脉动压力特征。采用湍流边界层参数对脉动压力频谱进行归一化处理,其频谱特征与试验结果吻合较好。对湍流壁面脉动压力的频率-波数谱进行分析,获得了显著的湍流传输特征。随着不同模型压力梯度的增加,在波数峰脊附近的谱级增加幅值为3 dB。此数值模拟方法可为复杂工况下的湍流边界层壁面脉动压力的数值研究提供技术支撑。     

非均衡湍流边界层脉动压力测试研究

通过建立非均衡湍流边界层脉动压力测试技术及可提供较高测试信噪比的低噪声风洞试验装置,采用表面贴装式硅微传声器线列阵,测量获得了不同压力梯度模型的湍流边界层脉动压力特性,压力梯度模型表面湍流边界层脉动压力低频平台区幅值增加3-5 dB;回归得到了非均衡湍流边界层流脉动压力频谱与Strauhal数及Re数和压力梯度相关的拟合模型,具有一定的适用性;压力梯度对湍流边界层脉动压力频率—波数谱的影响主要集中在300 Hz以下的低频段,传输波数附近峰脊区谱级增加3-5 dB。     

散货船阻力预报中湍流模型的应用

采用直接求解RANS方程的方法对20艘散货船的绕流场和阻力进行了数值模拟,比较了标准模型、RNG模型及SST模型对数值计算结果的影响.通过与试验结果的详细对比,发现只要选取合适的湍流模型,数值模拟结果能够达到较高的精度,在1% -2%之间.这表明该数值计算方法能够满足工程的实际使用要求,可以在工程中推广应用.     

湍流边界层脉动压力波数—频率谱模型对比研究

湍流边界层噪声是舰船主要水动力噪声之一。湍流边界层噪声预报须选用适当的脉动压力波数—频率谱模型。引入6种常用的脉动压力波数-频率谱模型,在波数域和频域内进行对比;运用这些模型对槽道流边界层脉动压力自功率谱进行预报,并引入试验结果进行对比,为工程应用中选择适当的脉动压力波数—频率谱模型提供依据：Corcos模型物理意义明确,但预报精度稍差;Chase模型表达式复杂,经验性更强,物理意义不明晰,预报精度较高。     

湍流边界层脉动压力对声强测量的影响研究

实际声强测量时常常存在风流或水流,如在飞机或船舶上进行测量,声强探头将受到湍流边界层脉动压力的影响。如何评估该影响以及如何修正测量结果是人们十分关心的工程实用问题。该文首先简要介绍了建立的由湍流边界层脉动压力诱发声强的理论模型。接着利用现有的湍流边界层脉动压力频率-波数谱模型,对湍流边界层脉动压力及其诱发的声强进行了数值分析。为了验证理论模型及数值结果,设计制作了一套实验装置,对湍流边界层脉动压力及其产生的声强进行了具体测量分析。结果表明,湍流边界层脉动压力的测量结果与数值结果吻合良好,测量得到的边界层脉动压力诱发的声强特性与计算结果也十分一致,但必须注意对测量传感器的空间响应进行修正。     

各向异性湍流积分长度数值预报研究

文章针对目前模型试验只能获得各向同性湍流积分长度这一现状,建立了各向异性湍流积分长度数值预报方法:(1)RANS预报初始定常流场;(2)大涡模拟计算脉动速度场;(3)脉动速度相关函数计算各向同性湍流积分长度;(4)计算各向异性湍流积分长度。通过二维水翼模型试验验证了水中各向同性湍流积分长度的数值预报精度,平均误差6.81%;通过风洞螺旋桨验证了空气中各向异性湍流积分长度计算方法。对SUBOFF桨盘面处各向异性湍流积分长度的预报研究发现,各方向湍流积分长度外半径大于内半径;潜艇上部涡团扩散较下部明显,内半径湍流积分长度波峰随着角度增大而内移;Λ11、Λ12和Λ13周向分布受指挥台围壳和稳定翼马蹄涡影响,波峰出现在20°和90°左右;Λ31和Λ32的频率峰值受指挥台围壳和稳定翼马蹄涡脱落频率(约15 Hz)影响,峰值集中在30 Hz以下。该文提出的各向异性湍流积分长度预报方法,为下一步螺旋桨低频宽带噪声预报中构造新的湍流波数谱以提高预报精度提出了思路。     

基于GEKO湍流模型的JBC流场数值模拟

  目的  两方程模型是RANS工程计算中常用的湍流模型,其中SST k-ω湍流模型具有良好的壁面距离自适应性和逆压梯度流预报能力。然而,湍流模型构造过程中引入的经验性参数使得湍流模型不具普适性, 为此,研究采用引入流动控制参数的方法提高湍流模型对船舶流场的适用性。  方法  在经典SST k-ω湍流模型的基础上,GEKO（Generalized k-ω）湍流模型通过引入流动分离参数C_S和旋转修正参数C_RC分别控制流动分离强度和流动旋转效应,以提高湍流模型对各类流动的适应性。针对JBC船型,采用SURF程序对其流场进行数值模拟并与试验结果进行对比,以考察不同设置下新参数对船体阻力、伴流场和压力分布的影响。  结果  计算结果表明,与经典SST k-ω湍流模型相比,GEKO湍流模型中C_S和C_RC的设置会影响到JBC船型的阻力预报及伴流场预报。  结论  湍流模型的参数化修正具有提高湍流模型适应性和精确度的潜力,对湍流模型工程应用改进具有参考价值。     

SST湍流模型在强逆压流模拟中的应用

本文对SST两方程湍流模型提出了一些改进,并将之与Navier-Stokes方程的显式有限元格式相结合,对高雷诺数可压流进行数值模拟.流动方程和湍流方程以一种松散的关联方式求解.时间方向上,流动方程用显式多步Runge-Kutta格式推进,而湍流方程用多步点隐式格式推进以解除源项引起的时间步长限制.数值实践中我们考核了跨音速激波、大攻角等引起的强逆压流动的经典算例,并与实验结果进行了比较,结果是令人满意的.     

水下航行体热尾流浮升数值预报方法研究

水下航行体在航行过程中排放的热尾流在一定的条件下能浮升至水面,形成明显不同于背景水体的红外特征。论文基于来流法,应用不同湍流模型对水下航行体热尾流浮升过程进行数值预报,分析湍流模型对热尾流浮升及其水面特征的影响,并与试验进行比较,建立了水下航行体热尾流浮升的数值预报方法。     

基于积分法的粗糙壁面湍流边界层发展预测

壁面粗糙度对湍流的影响研究是流体动力学的热点问题。利用边界层积分法对零压力梯度下棱锥形粗糙壁面湍流边界层的发展进行预测分析。首先,以2个几何统计参数对棱锥形的粗糙形态进行描述,通过对试验数据的拟合分析,确定粗糙度函数的具体形式;然后,利用动量积分方程和壁面律求解出粗糙壁面湍流边界层厚度和局部摩擦系数沿流向的变化情况。计算结果与试验数据吻合较好,表明采用积分法预测粗糙壁面湍流边界层的发展精度较高,适于工程应用。     

湍流边界层激励下平板辐射噪声数值计算方法北大核心CSCD

[目的]湍流边界层(TBL)激励下的结构辐射噪声(也称"流激噪声")是水下航行体的重要噪声源,因此,对流激噪声数值计算方法的研究具有重要意义。[方法]基于LMS Virtual Lab数值计算软件,以Corcos湍流脉动压力频率波数模型作为输入,采用主成分分析(PCA)法和振动—声传递向量(VATV)法计算湍流边界层激励下平板结构的流激噪声,并对两种方法的正确性进行验证,比较分析两种方法的计算时间及得到的声压自功率谱密度(ASD)曲线。[结果]结果表明,这两种方法均可有效计算湍流边界层激励下的结构流激噪声,且计算结果基本一致;和PCA法相比,VATV法所占用的计算资源更少,能快速预报结构的流激噪声;相较于VATV法,PCA法还可以得到结构振动响应结果。[结论]该研究结果对水下结构流激噪声快速预报具有一定的参考价值。     

含微气泡二相湍流边界层减阻理论计算

利用边界层中注入微气泡降低固体壁面摩擦阻力的方法是一项有实用价值且有待进一步研究的减阻技术.本文以含有微气泡的湍流边界层为研究对象,以气液二相流理论为基础,建立了二相湍流边界层控制方程,在对控制方程进行详细讨论的基础上,利用差分网格法进行了求解,计算结果表明微气泡具有明显的减阻效果.最后对影响减阻效果的因素进行了分析,并指出了今后的研究方向.     

双体船湍流脉动压力激励水下辐射噪声预报研究

利用大涡模拟技术,对某双体船模型及实船进行湍流脉动压力的数值模拟,并将计算结果作为输入,采用声学有限元法对双体船实船水动力噪声进行了预报。数值模拟结果表明计算与试验数据吻合良好,能够有效地模拟双体船航行时船体周围的湍流脉动压力分布。此外,以湍流脉动压力为输入,通过声学有限元法得到的双体船水下辐射噪声在高频段与以往的统计能量法趋于一致,而在低频段的结果高于统计能量法,可以更加合理地预报双体船的水动力噪声。     

湍流模型对大口径射流冲击数值模拟适用性分析

采用数值算法要完全有效地模拟射流冲击换热,合适的湍流模型是十分重要的。本文采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型及Realizable k-ε模型对大口径高温高速气体射流冲击换热进行了数值模拟,并将计算结果与试验结果进行比较,分析湍流模型在大口径射流冲击换热数值模拟中的适用性。研究结果对大口径射流冲击换热的数值研究提供参考。     

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。