超声速脉冲风洞起动过程数值模拟

为研究超声速脉冲风洞起动激波的传播过程和流场建立过程中流场结构的变化,对其起动过程进行了数值模拟.包含组分扩散的控制方程为二维粘性、可压缩、非定常的守恒型Navier-Stokes方程.用中心有限体积法进行空间离散,用隐式双时间步方法处理非定常时间项.计算结果与试验结果基本一致.研究表明,起动激波速度由于内型面的变化而改变,并在隔离段中达到最大值.     

自由面上作操纵运动三维船体粘性流场数值研究

船舶与土木工程学院张谢东副教授获准国家自然科学基金资助,课题为“自由面上作操纵运动三维船体粘性流场数值研究”. 1.研究目标为 项目的主要研究目标是建立在自由表面上作操纵运动船体的粘性理论计算模型和相应的数值计算方法,开发出一套关于在自由表面上作操纵运动船体三维粘性流场及水动力数值计算的计算机软件.从而提高船舶操纵水性动力理论计算和船舶操纵性预报的精度,填补国内运用粘性流体力学理论研究船舶操纵性的空白. 2.研究内容 项目主要研究在自由表面上作操纵运动三维船体的粘性流动问题.运用现代CFD技术,以粘性流体力学基本方程RANS方程为基础,对在自由表面上作斜航和回转运动三维船体的流场、压力分布以及水动力进行数值计算,以精确地预报三维船体作操纵运动时的复杂流动现象,如三维流动分离和分离涡,精确地预报自由面上作操纵运动三维的水动力.为了验证理论计算的准确性,还将做相应的船模操纵性试验研究. 3.拟解决的关键问题 1) 采用原始变量法模拟船体粘性绕流的关键问题之一是船体坐标网格的生成,这是数值计算的基础,网格结构、类型和尺度将直接影响粘性流场数值计算的精度.因此,本研究的重点将放在对各类网格生成方法比较、不同网格对数值计算的影响以及三维船体网格生成的通用性和局部加密的研究上. 2) 采用N-S方程求解三维船体粘性绕流的另一关键问题是方程的数值离散问题,本项目将对传统的数值离散方法如有限差分法、有限解析法和有限体积法等进行系统的分析、比较,以寻求一种较为稳定和精确的方法,对作操纵运动船舶的粘性绕流进行计算. 3) 湍流模式和壁面处理形式也是影响粘性流动理论计算的精度和效率的一项重要因素,本研究将对适合于作操纵运动尤其是作大角度斜航和回转运动三维船体的粘性流动计算的湍流模式和壁面处理方法进行研究与探索. 4) 同时考虑粘性和自由表面的影响是研究的一个难题,也是将要解决的关键问题. 4.项目创新之处 项目的创新之处是在船舶操纵运动的理论研究中,引入了粘性流体力学的理论和方法,并且首次同时考虑自由表面和粘性对作操纵运动船舶的水动力的作用,运用现代CFD技术及粘性流体动力学方程,分析、计算作操纵运动船舶的流场、压力分布及水动力,从而建立更加合理、精确和完善的操纵运动船舶水动力理论计算模型和数值计算方法. 科技处(余区办) 章爱武     

操纵运动船体三维粘性流场及水动力计算

船舶与土木工程系邹早建教授主持的科研项目“操纵运动船体三维粘性流场及水动力计算”,得到教育部资助. 项目简介如下. 1. 研究目标、研究内容和拟解决的关键问题 项目研究的目标是通过对操纵运动船舶三维粘性流场及水动力数值计算方法的研究,开发出一套操纵运动船舶三维粘性流场及水动力计算的计算机软件.研究内容包括：采用RANSE对作操纵运动船舶的粘性流动进行数值计算,以便精确地预报定常斜航和定常回转情况下的复杂流动现象,如三维流动分离和分离涡,精确地预报操纵运动船舶的水动力;开发出操纵运动船舶粘性水动力计算的CFD程序,并对CFD计算的不确定性和有效性进行分析. 项目拟解决的关键问题主要有四方面,首先是如何生成高质量的计算网格问题;第二是湍流模式的选择与应用问题;第三是如何在计算中计及自由面兴波影响;最后是数值特性分析与计算结果的可视化问题. 2. 项目特色与创新之处 项目属于应用基础研究,其创新之处体现在如下几方面：研究网格拓朴结构、网格-类型与数值结果的依赖关系;复杂几何结构（如船体、附体）分区结构网格生成;湍流模式的选择与应用;三维RANSE的离散求解和粘性数值方法特性分析等. 科技处（余区办）章爱武     

M步Newton法的一种改进

在许多科学与工程计算问题中,需要求解非线性代数方程组.在诸多解法中,Newton迭代法及其变体M步Newton法是最主要、最常用的方法.通过对非线性方程组的迭代法引入Aitken加速技术,设计了一种非线性方程组的迭代解法的加速方法;将该方法与M步Newton法相结合,得到一种收敛速度快而且计算稳定的方法,并给出了具体算法;数值结果表明了新算法是有效的.此方法具有一定的广泛性,可以直接推广到许多已有的方法,如拟Newton法、M步离散Newton法及Brent方法等,均可在一定程度上改善这些方法的收敛速度和稳定性.     

复杂水流环境下系泊船的水动力特性研究

为研究深水码头复杂水流条件下系泊船的水动力特性, 利用 CFD 软件 STAR-CCM+对系泊船模型的粘性流场进行瞬态数值模拟, 通过求解 RANS 方程和 Realizable k-ε 湍流模型获得船舶水流作用力。 在无波浪定常流作用下, 系泊船姿态最终保持稳定, 可用固定船舶近似代替系泊船进行模型简化。 在完成网格无关性和数值模型合理性研究的基础上, 对不同流速、 不同流向角度以及流向沿水深变化的复杂水流条件下船舶的水动力进行预报, 探讨不同水流条件下系泊船纵向力、 横向力、 艏摇力矩的变化规律, 研究成果可为复杂水流环境下系泊船的布缆及相关工程设计提供参考。     

潜艇螺旋桨直接辐射噪声的数值计算

采用计算流体力学与声学边界元方法相结合求解了潜艇尾部大侧斜螺旋桨的直接辐射噪声.与一般螺旋桨噪声计算不同的是,螺旋桨非定常计算时引入了潜艇尾部桨盘面的速度分布作为非均匀来流,能够提供更加真实的螺旋桨脉动压力源场.提取桨叶表面的声偶极源项后,采用边界元方法,求解FW-H方程,得到了螺旋桨空间测点的声压谱和总声级.桨盘面速度分布由全附体潜艇粘性流场数值计算得到,其可信性由艇体表面的压力系数与试验值的比较给予了验证.螺旋桨数值模型的可信性由敞水特性预报值与试验值的比较进行了验证.     

基于网格变形技术的全附体潜艇操纵性计算

通过求解瞬态雷诺时均方程和网格变形方程,实现了全附体潜艇平面运动机构试验(PMM)的虚拟仿真,得到潜艇模型所受的水动力分量随时间的变化曲线,依据线性理论求取水动力系数,并与试验值以及直线拖曳试验或回转试验的数值计算结果进行对比.结果显示:PMM数值试验所求得的水动力系数与试验值吻合良好,其中,惯性类系数求解精度较高,除个别系数外,误差都在8％以内.而粘性类系数求解精度不如直线拖曳试验(ORT)或回转试验(RAT)计算精度高,个别系数的计算误差超过了30％.但从数值试验的整体效果来看,PMM数值试验计算精度达到了工程应用的要求.     

一类非线性高阶退化拟抛物方程的有限差分方法

研究了一类高阶退化拟抛物方程的有限差分算法,所研究的方程中含有粘性松弛因子以及p-双调和算子.在假定一些初值的情况下,利用差商分别对p=2,p=3时的两个方程中各项的时间和空间导数项进行离散化,采用中心差分法以及向前欧拉法构造出了非线性偏微分方程的差分格式.最后针对具体方程进行了数值实验,并利用Matlab软件比较和分析了数值解与真实解之间的误差,验证了有限差分法对此方程的数值求解的可行性.     

制造超差对喷水推进器水动力性能影响的CFD分析

采用计算流体力学方法对喷水推进器水力性能进行了预报,以判别制造过程尺寸超差对喷水推进器水动力性能的影响.建立由喷水推进器内流场与船体外流场构成的计算区域,用6面体结构化网格划分泵内流场,采用4面体网格对进水管道和船底区域进行划分.对整个喷水推进系统的三维粘性湍流流场进行了数值计算.计算结果既可用于分析喷水推进器内部流场的流动细节,也可用于推力、功率、效率等外特性参数的预报.     

强侧风对受电弓的气动作用规律

建立了弓-车-网组合模型,基于压力修正法的N-S方程,采用分离式求解SIMPLE算法,对强侧风条件下的受电弓气动特性进行了数值模拟.分析了受电弓的气动荷载在不同侧风速度,不同风向角下的变化规律及强侧风对受电弓绕流流场的影响.结果表明：随侧风速度及角度的增大,受电弓的气动力及力矩呈非线性变化;受电弓流场区域内产生大量漩涡及低速尾流区,接触网及车体对受电弓流场有明显影响.研究结果可为提高受电弓在侧风作用下的稳定性和安全性提供一定的理论依据.     

为部队训练研发浮动目标靶等新装具的回忆

在内陆地区借助专用装具模拟海上浮动目标进行射击训练,从而有效地提高现役部队官兵和预备役指战员的实战技能。浮动靶标的研发成功地实现了这一预想。     

王繁高速公路太安岭隧道涌水量预测与评价

以太安岭隧道为例,利用地下水动力学方法对隧道开挖的涌水量进行了预测,预测结果表明,隧道全线属于弱富水段,根据预测结果提出了隧道施工建议。     

水泥稳定冷再生材料路用性能试验研究

通过室内试验对水泥稳定冷再生混合料的无侧限抗压强度、抗压回弹模量、劈裂强度、抗冻性能进行了系统的研究,同时研究了水泥剂量、旧料掺加比例、温度对水泥稳定再生混合料的影响.研究表明,水泥剂量为5%时,冷再生材料的强度和其他路用性能指标均满足规范的要求.     

高沁高速公路郑庄至里必段路线方案研究

结合山区地形,按照"以人为本"和"安全、环保、舒适、和谐"的新理念,对典型路段的路线方案进行优化设计、比选分析,最终选择最佳路线方案。     

含硫酸盐半刚性基层材料的无侧限抗压强度试验研究

具体介绍了掺加硫酸钠的几种半刚性基层材料的选择和试件成型的方法,以及室内无侧限抗压强度试验的方法和步骤,得出了在最佳含水量下的几种含硫酸盐的半刚性基层材料无侧限抗压强度的回归方程。从试验结果可以得出掺加硫酸钠能显著增强半刚性基层材料的无侧限抗压强度,且含盐量不宜过大;在硫酸盐渍土中,在一定温度条件下,石灰含量、粉煤灰含量、初始干密度、冻融循环次数、含盐量等会对无侧限抗压强度的大小产生影响。     

水泥混凝土面板裂缝处治施工技术

分析了旧水泥混凝土路面板产生裂缝的原因及破坏类型,对实体工程裂缝进行调查分析,介绍了在旧路加铺改造中采用的针对轻、中、重裂缝的处治方法与施工工艺,通过实体工程应用对其使用效果进行了评价。     

仁义河大桥桥墩刚度与结构体系适应性分析

阐述了刚构—连续组合体系桥梁桥墩的刚度对结构变形和内力状态的影响,结合高薄壁墩的特点,对仁义河特大桥桥墩刚度设计和结构体系的适应性进行分析研究,为同类型桥梁的设计提供借鉴。     

隧道喷锚及二衬空洞的成因、预防及处理办法

通过对已有隧道经常发生二衬空洞形成的原因进行分析,探讨解决这一难题的方法以及如何处理。     

基于公路建设质量行为评价的监督方式初探

基于质量行为与实体质量有着较好的相关性,提出了公路建设质量行为评价指标,并鉴于质量行为评价的模糊性,采用层次分析和模糊综合评价方法对建设过程中的质量行为进行了分析,实现了建设质量行为的科学准确评价,最后依据评价结果对工程建设的监督方式做了初探,从而实现公路工程政府监督的差别化和动态化。     

五盂高速公路上跨石太高铁太行山隧道安全性分析

通过对五盂高速公路上跨石太高铁太行山隧道安全性进行分析,提出一些对计算跨越隧道的思路和想法,供大家参考和探讨。