某弹簧式灌水器流道的三维UDF动网格数值模拟

灌水器是决定微灌系统节水效果的关键部件,而优化灌水器内部结构并获得相关水力学参数成为解决灌水器优劣的主要问题,目前对灌水器的数值计算大多属于静态模拟,存在一定的局限性,为了完善新型灌水器流道内部结构,以某弹簧式灌水器为研究对象,前期进行物理模型试验测得相关参数,后期主要采用动态网格及UDF(用户自定义函数)技术,对其内部流道进行了三维动态数值模拟计算,得到了该灌水器的水头损失、上下游压差力与流量之间的关系,将数模结果与物理试验值进行对比分析后的结果表明,动态网格结合UDF的方法能够较好地模拟具有动态边界的微灌流道。     

一种改进诱导因子计算方法的叶素动量理论体积力模型

叶素动量理论体积力模型作为能够替代真实螺旋桨的一种体积力形式,在模拟螺旋桨以及船桨相互作用问题中具有较大的应用潜力。为了处理基于理想流体假设的传统叶素动量理论在与粘性求解器耦合过程中不能在较大工况范围内准确代表真实螺旋桨模型的问题,本文提出一种基于真实螺旋桨诱导因子分布的改进方法,并进行KP505螺旋桨体积力模型在J=0.4～0.8五种进速条件下的敞水试验模拟。本文将敞水性能、桨载荷分布与诱导速度场的体积力模拟结果与真实螺旋桨模型进行了对比,结果表明改进后的体积力模型预报敞水性能误差在各进速下最大值为1.05%,且体积力模型诱导速度场可以反映真实螺旋桨尾流的动量输运。     

关于侧推器效能的实验研究

对艏侧推器的效能已经作过许多理论和实验的研究。众所周知的是船的进速对艏侧推器的效能影响很大,即由艏侧推器所产生的作用在船体上的各种流体动力明显地随着船的进速的增加而减小。另一方面,人们对船的进速、水深等因素对艉侧推器的效能所造成的影响还不大了解。因此,作者利用船模试验进行了这些研究。结果阐明了船的进速对艉侧推器效能也有重要的影响,但它十分不同于船的进速对艏侧推器的情况。即使在深水中,由艉侧推器工作而产生的各种流体动力并不象艏侧推器情况中下降得那么多。特别应注意的是在浅水中,艉侧推器所造成的横向力随船速之增加而增加,它达到船速为零时的数值的数倍。作者在本文中尝试通过在艉侧推器和带襟翼的喷射翼之间所建立的一个模拟模型来解释此种横向力增加的现象。     

海底管道J形铺设张紧器的张紧力计算分析

对海底管道建立微段和整体的力学模型,通过MATLAB编程求解顶部张紧器应提供给管道的张紧力。对比编程计算和Abaquas数值模拟结果,验证编程求解代替软件模拟计算的可行性和便捷性。探讨海域水深、管道入水角度、管重对张紧力的影响,结果表明,增加铺设水深和单位长度管重,所需张紧力增加;而增加铺设角度,所需张紧力相应减小。     

起升高度限制器试验台的研制

本实验台根据起升高度限制器的工作原理,模拟在起重机实际工况下,对起升高度限制器的性能进行了测试。试验台可对起升高度限制器的运转限位功能和重复定位精度进行测试,可用于各类型起重机起升高度限制器的运转限位功能试验和重复定位精度试验。     

船舶艏侧推器推力减缩试验与数值计算研究

论文以艏侧推桨为研究对象,用研制的专用动力仪在循环水槽中对艏侧推器螺旋桨进行了敞水试验和带船模艏侧推器的水动力性能试验。采用有限体积法,通过求解非定常RANS方程对艏侧推器螺旋桨敞水以及艏侧推器槽道流场进行了数值模拟,得到了螺旋桨的敞水性征曲线和船舶不同迎流角下艏侧推器的推力系数。将艏侧推器螺旋桨敞水性征曲线以及艏侧推器推力系数结果与试验结果对比,对比结果表明数值模拟能够较好地计算艏侧推器的水动力性能。由于康达效应和桨之间干扰的存在,艏侧推器存在推力减缩,某些流向角下艏侧推器的推力减缩幅度超过20%;此外,数值模拟也给出了康达效应的流场细节。论文结论可作为艏侧推器设计的重要参考基础,对指导工程实践具有重要参考价值。     

内孤立波作用下水下潜器的载荷特性数值分析

为了研究海洋内孤立波作用下潜器的载荷特性,以RANS方程为控制方程,依据Kdv,e Kdv和m Kdv三类内孤立波理论计算速度入口,建立两层流体中内孤立波与水下潜器相互作用的数值模拟方法,计算分析内孤立波作用下潜器的水平力、垂向力和力矩的变化规律。结果表明,数值模拟得到的内孤立波波形及振幅与其对应理论解和文献中实验结果吻合良好。潜器的受力变化规律与内孤立波波幅、上下层水深比和潜器潜深有关。     

内孤立波作用下水下潜器的载荷特性数值分析

为了研究海洋内孤立波作用下潜器的载荷特性,以RANS方程为控制方程,依据Kdv,eKdv和mKdv三类内孤立波理论计算速度入口,建立两层流体中内孤立波与水下潜器相互作用的数值模拟方法,计算分析内孤立波作用下潜器的水平力、垂向力和力矩的变化规律.结果表明,数值模拟得到的内孤立波波形及振幅与其对应理论解和文献中实验结果吻合良好.潜器的受力变化规律与内孤立波波幅、上下层水深比和潜器潜深有关.     

基于数值模拟方法的导流片和蜂窝器对空泡水洞工作段流场的影响研究

通过求解RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方程,对某中型空泡水洞工作段的流场特性进行数值模拟,并将所得结果与试验测试结果相对比,验证该数值模拟方法的可行性。采用该数值模拟方法分别对不含蜂窝器、不含蜂窝器和导流片的空泡水洞模型进行数值模拟,并对这2种模型的流场特性及工作段流场的不均匀度和湍流度的数值计算结果进行对比,分析导流片和蜂窝器对空泡水洞工作段流场特性的影响。计算结果表明,蜂窝器和导流片对保证空泡水洞工作段水流的速度和流动均匀性具有重要作用。     

基于改进体积力法的导管螺旋桨水动力性能数值研究北大核心CSCD

[目的]旨在解决传统Goldstein体积力法在导管螺旋桨水动力仿真中的适用局限性问题。[方法]首先,基于机翼理论,分析导管水动力模拟失真的原因,并以质量流量和体积力分布模型为切入点,提出修正思想和方法;然后,采用RANS方法探究经质量流量修正后的2种体积力分布模型的模拟精度。[结果]结果显示,2种改进体积力法在敞水工况下其总推力系数的平均相对误差均为5%左右;在艇后工况下,前进合力的平均相对误差分别为1.8%和11.6%。[结论]研究表明,基于改进体积力法的导管螺旋桨在敞水和艇后工况下的模拟精度较传统体积力法有较大的提升,能准确实现对导管螺旋桨水动力性能的数值模拟,可为水下航行器高效、动态的操纵性仿真奠定基础。     

超空泡航行体操纵过程流体动力特性数值模拟研究

超空泡航行体操舵过程会引起空泡变形,导致航行体流体动力学特性发生变化。为了了解超空泡航行体操舵过程中航行体的动力学特性,文中采用基于欧拉两流体模型的CFD数值模拟方法及动网格技术对超空泡航行体空化器、尾舵操舵过程以及航行体攻角变化过程中的空泡形态及航行体瞬态流体动力特性变化规律进行了研究。研究结果表明空化器操舵过程中空化器升力随偏转角基本呈线性规律变化,对航行体尾部滑行力的影响相对于攻角变化对滑行力的影响为小量;尾舵操舵过程改变了空泡尾部流场,对于航行体尾部滑行力会产生重要影响。     

基于体积力法的半悬挂舵和全悬挂舵回转性对比

针对半悬挂舵和全悬挂舵回转性能差异问题,建立用于模拟螺旋桨推力的体积力模型,评估两种不同形式舵的回转性。对标模KCS船型回转运动进行计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）模拟,船后螺旋桨作用使用体积力模型替代。开展半悬挂舵回转性CFD模拟,并与试验结果对比验证。设计全悬挂舵并模拟其回转性,与半悬挂舵回转性进行比较。结果显示,半悬挂舵除战术直径与试验结果相差9.48%外,其他回转特性参数与试验结果相差均在3%以内,说明基于体积力法模拟回转性具有较高的可信度。全悬挂舵的回转特性参数均优于半悬挂舵,说明全悬挂舵的回转性能更佳。     

模块化小型水下航行器设计及其水动力学性能研究

基于模块化思想,设计一种小型水下航行器,该航行器共分为艏舱、前侧推进舱、前浮力舱、主控舱、后浮力舱、后侧推进舱和艉舱7个舱室,并在航行器上安装可拆卸式滑翔翼板,由滑翔翼提供向上升力。设计完成后,建立航行器的三维数值仿真模型,采用CFD软件对其进行水动力学性能预报,分析水下航行器的流场分布以及不同攻角下的升力和阻力特性,并通过试验验证数值仿真结果的准确性,为新型水下小型航行器的设计提供研究思路。     

头支撑方式下通气超空泡形态相似与空化器设计研究

针对头支撑方式通气超空泡试验的超空泡形态相似模拟问题,给出了一种能满足超空泡形态相似的空化器设计方法.该方法首先是基于独立膨胀原理,提出了头支撑方式空化器与目标空化器生成形态相似超空泡时,空化器直径与空化器零阻力系数应满足的关系式,以及空化器位置之间的关系;再通过CFD模拟得到头支撑方式空化器的空化器直径与空化器零阻力系数关系曲线;二者结合,最后确定头支撑方式的空化器的设计方案.     

VLCC级FPSO海上连接的模型试验及虚拟模拟(英文)

阐述了VLCC级.FPSO海上连接的模型试验和虚拟模拟,以及其研究结果如何应用于指导FPSO与SYMS存极浅水中的连接作业.模犁试验和虚拟模拟研究范围覆盖了各安装阶段,包括海上就位试验、就位及连接临时交义缆、系泊腿连接、压载灌浆直至达到风暴安全状态.模型试验不仅可以核实FPSO就何拖拉力要求,而且可以确定FPSO和安装驳船的运动幅值和系泊力大小.而虚拟模拟则可以虚拟模拟环境,通过虚拟模拟确认关键作业人员、作业执行方案和作业程序中潜在的问题.该文介绍的模型试验和虚拟模拟方法可以进一步推广到各种浮式平台的深水应用中.     

基于DSP的电磁式半主动吸振器控制器设计

以刚度可调的电磁式动力吸振器为控制对象,基于DSP设计了刚度随外界激励力变化而变化的半主动吸振系统,使吸振器始终工作于调协状态.从而拓宽了动力吸振技术的适用范围.硬件上以TMS320LF2407A信号处理芯片为核心,设计了I/O输入、模拟输入通道和驱动电路.由传统的模拟恒流方式改成了数字反馈,电路中不需要D/A转换和恒流源电路,在结构上简化了控制电路,使整个控制系统更加稳定、准确.     

舵机非稳态激励识别及瞬态声辐射分析

当水下航行器利用舵机改变航向时,舵机的开启会产生很大的瞬态辐射噪声。因此,在舵机安装之前,有必要对舵机的源特性进行评估。文章基于某水下航行器的舵机振动测试试验,应用频域载荷识别中的最小二乘法方法和短时傅里叶变换的信号处理技术,对舵机操舵过程中舵机与试验台架连接的机脚点处的瞬态最大激励力和整体平均激励力分别进行了间接估算,并将估算结果的准确性和可行性进行了验证。考虑到加肋圆柱壳是水下航行器的基本结构形式,文中将估算的激励力结果作为辐射声计算的近似输入,以一个两端简支的加肋圆柱壳体作为水下航行器的一个舱段的计算模型,分别计算了舵机操舵过程中水下瞬态最大和整体平均辐射噪声的大小,提出了一种利用短时傅里叶变换信号处理技术来评估舵机水下瞬态辐射噪声的方法。     

洋流作用下悬浮隧道动力学行为试验研究

本研究根据相似准则和试验条件设计试验模型。在试验模拟的1节悬浮隧道管段上分别布置2组和3组锚索支撑,测试在不同流速条件下,悬浮隧道管体结构的环向应变、轴向应变及张力腿锚索的轴力。根据试验结果,初步分析悬浮隧道应力的空间分布特征和张力腿的轴力情况;给出在相同环境条件下,张力腿锚索数量对结构应力的影响、洋流速度对悬浮隧道管段结构变形和张力腿轴力的影响关系等。     

近岸环境下船舶侧推器的水动力性能数值分析

对船舶在近岸环境下航行时侧推器的水动力性能进行数值模拟研究。建立艏艉侧推器与船体的整体模型,利用基于RANS方程求解的粘性流数值方法,采用MRF模型,计算不同航速下艏艉侧推器的性能参数、侧推器附近流场,以及船舶在近岸航行时的横向力与艏摇力矩。结果表明,近岸航行时侧推器的实际效能会因船速的变化而变化,船速的不断增加会使船舶与岸壁之间的吸引力超过侧推器的推力,从而导致碰撞。     

碎冰条件下冰区船冰水动力数值模拟研究

本文针对典型冰区航行船建立了CFD和DEM相结合的数值模拟方法。采用CFD方法计算船体流体力,DEM方法计算船体所受碎冰力,流体和碎冰间采用浮力和拖曳力模型。基于上述方法模拟的船冰作用现象与试验现象相吻合,在此基础上,研究了航速和碎冰厚度对船体冰力的影响规律。结果表明:随着航速的增加,船体冰力呈上升趋势,流体阻力的增加速度高于碎冰阻力的增加速度;随着碎冰厚度的增加,船体冰力增大。