三维圆柱体绕流数值模拟流场选择及网格划分

文章通过数值模拟结果确定适合的三维圆柱体绕流流场的尺寸,采用不同的计算流体力学(CFD)软件对有限元模型进行网格划分,对比网格划分质量的优劣,选择适合数值模拟的软件CFX。确定采用的网格形式为六面体网格(Hex8)以及流场不同部分网格的尺寸。圆柱绕流展向各截面平均压力系数沿周向无明显变化,脉动压力系数变化显著,绕流后的旋涡发放形式具有明显的三维特性的数值模拟结果验证了本文的流场选择和网格化分尺度的合理性。     

新型深吃水多立柱FDPSO变截面立柱涡激运动特性研究

文章采用FLUENT软件结合分离涡法对某新型深吃水多立柱FDPSO变截面立柱涡激运动特性开展了研究。将变截面立柱涡激振动系统简化为质量-弹簧-阻尼模型,引入雷诺平均应力模型求解不可压缩粘性Navier-Stokes方程,通过计算出流场作用于柱体的瞬时升力与阻力,并基于UDF程序求解运动微分方程同时运用动网格技术实现流场更新,实现了对变截面立柱涡激运动的数值模拟。对不同来流速度下变截面柱绕流和涡激运动特性进行了研究,分析了变截面柱阻力系数、升力系数、运动幅值和运动轨迹等,研究发现：在高雷诺数单柱绕流模拟中采用三维数值模型更具优势,变截面柱后方同一时间内可能有多个旋涡产生,旋涡之间相互影响,抑制了旋涡对柱体的升阻力作用;在折合速度6~9范围内,变截面柱未出现明显“锁定”现象;变截面柱涡激运动的横荡振幅峰值在Ur=4.5,约为1.2D;变截面柱流向平衡位置随着折合速度增加而增加;变截面柱运动轨迹出现了典型的“8”字形,但变截面柱的轨迹相对较紊乱。     

新型深吃水多立柱FDPSO变截面立柱涡激运动特性研究（英文）

文章采用FLUENT软件结合分离涡法对某新型深吃水多立柱FDPSO变截面立柱涡激运动特性开展了研究。将变截面立柱涡激振动系统简化为质量-弹簧-阻尼模型,引入雷诺平均应力模型求解不可压缩粘性Navier-Stokes方程,通过计算出流场作用于柱体的瞬时升力与阻力,并基于UDF程序求解运动微分方程同时运用动网格技术实现流场更新,实现了对变截面立柱涡激运动的数值模拟。对不同来流速度下变截面柱绕流和涡激运动特性进行了研究,分析了变截面柱阻力系数、升力系数、运动幅值和运动轨迹等,研究发现:在高雷诺数单柱绕流模拟中采用三维数值模型更具优势,变截面柱后方同一时间内可能有多个旋涡产生,旋涡之间相互影响,抑制了旋涡对柱体的升阻力作用;在折合速度6~9范围内,变截面柱未出现明显"锁定"现象;变截面柱涡激运动的横荡振幅峰值在U_r=4.5,约为1.2D;变截面柱流向平衡位置随着折合速度增加而增加;变截面柱运动轨迹出现了典型的"8"字形,但变截面柱的轨迹相对较紊乱。     

两自由度不同截面形式柱体涡激振动的CFD数值模拟

文章采用计算流体力学（CFD）方法,结合SST k-棕湍流模型,对低质量比柱体进行两自由度涡激振动数值模拟,得到了柱体升力、曳力系数的时程曲线,并观察了柱体进入锁振状态的幅值变化,研究了不同截面形式柱体在外流速处于0.1-1.0 m/s范围内的振动响应。将圆柱体在不同流速下两向振动的CFD数值模拟与实验数据进行比较,得到了较为满意的结果。通过分析不同截面柱体在不同外流速下的振动幅值发现,带有抑振装置的柱体截面形式能够有效地减小涡激振动,其中,板状截面柱体抑振效果较好。     

三维场景中截面流场绘制技术研究

回顾以往三维流场显示中的平面式截面流场绘制方法,分析其表现方式的不足,提出置于三维场景中的截面流场显示方式。通过对水平及垂直截面的生成算法和截面流场投影算法的研究,找出适应于复杂边界和地形条件下的高效截面生成算法;基于WPF三维图形平台,以灵活的示踪粒子布设方式,采用C#编程语言编制软件予以实现;将标量场数据作为截面显示材质,实现了截面附加标量场;截面流场模拟可以动态跟踪水位变化,在场景中同时对多个水平或垂直截面流场进行模拟,丰富了对流场三维特性的表现。     

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.     

柴油主机可变涡流进气的三维流场分析

针对可变涡流进气的柴油主机,建立了进气道-进气口-气缸的三维几何模型,对模型采用混合网格生成法划分网格,用标准的k-ε双方程模型模拟流场的湍流效应,用SIMPLEC算法分别对直流气道挡板启、闭2种进气模式进行了三维稳定流动数值计算,对计算结果进行流场分析,着重对缸内涡流的形成进行研究.结果清晰表明,通过改变直流气道的入口截面能有效地改变缸内涡流的强弱,为今后根据柴油机的不同运行工况实现缸内不同强度的涡流提供理论依据.     

全附体潜艇三维粘性流场数值计算方法研究

采用不同的湍流模型和网格形式对SUBOFF全附体模型进行三维粘性流场数值模拟,将计算所得的艉部伴流场同有关文献的试验结果进行比较,并以伴流分数对周向角的曲线形式展现出来,分析了湍流模型、艇体周向网格节点间距和y+值对全附体潜艇三维粘性流场数值计算结果的影响.     

双吸泵的多相位定常三维数值模拟

采用ANSYS CFX软件,以雷诺时均(RANS)方程和剪切应力输运(Shear Stress Transport,SST)湍流模型为基础,对双吸泵设计工况进行了多相位定常三维数值计算。模拟结果揭示了泵扬程随叶轮与蜗壳相对位置的变化规律,其平均值与试验值较接近。获取了叶轮通道的流场分布、蜗壳进口截面上压力和速度分布规律及蜗壳特征断面上漩涡结构演化特征。结果表明,多相位定常流动数值模拟在节省大量计算资源的前提下可反映出泵内流场的非定常流动特性。     

潜艇主艇体三维粘性流场数值计算方法研究

采用不同的湍流模型、边界条件对SUBOFF模型主艇体的七种网格模型进行了三维粘性流场数值模拟.将计算所得的艇体表面的压力系数和壁面剪应力系数沿艇长的分布与有关文献的试验结果进行了比较,并以曲线的形式展现出来.分析了湍流模型、边界条件和y+值范围对潜艇主艇体三维粘性流场数值计算结果的影响.     

URANS simulations of static and dynamic maneuvering for surface combatant: part 2. Analysis and validation for local flow characteristics

Part 2 of this two-part paper presents the analysis and validation results of local flow characteristics for a surface combatant Model 5415 bare hull under static and dynamic planar motion mechanism simulations. Unsteady Reynolds averaged Navier–Stokes (URANS) computations are carried out by a general-purpose URANS/detached eddy simulation research code CFDShip-Iowa Ver. 4. The objective of this research is to investigate the capability of the code in relation to the computational fluid dynamics-based maneuvering prediction method. In the current study, the ship is subjected to static drift, steady turn, pure sway and pure yaw motions at Froude number 0.28. The free surface, three dimensional vortical structure and, the validation of two dimensional local flow quantities together with the available experimental data are of the interest in the current study. Part 1 provides the verification and validation results of forces and moment coefficients, hydrodynamic derivatives, and reconstructions of forces and moment coefficients from resultant hydrodynamic derivatives.     

涡轮增压柴油机在脉冲负载下的瞬态特性仿真与试验研究

基于管内一维非定常流动和缸内容积法,搭建了废气涡轮增压柴油机仿真平台,其中包括气缸模型、进排气管路模型、涡轮增压模型、中冷器模型及喷油控制模型。进行了脉冲负载下废气涡轮增压柴油机瞬态工作过程模拟计算,结果显示,仿真值与试验数据有较好的一致性。同时,得到了涡轮增压柴油机在脉冲负载下的瞬态工作特性,并提出了一些脉冲负载下改进涡轮增压器和柴油机匹配的措施。     

URANS simulations of static and dynamic maneuvering for surface combatant: part 1. Verification and validation for forces, moment, and hydrodynamic derivatives

Part 1 of this two-part paper presents the verification and validation results of forces and moment coefficients, hydrodynamic derivatives, and reconstructions of forces and moment coefficients from resultant hydrodynamic derivatives for a surface combatant Model 5415 bare hull under static and dynamic planar motion mechanism simulations. Unsteady Reynolds averaged Navier–Stokes (URANS) computations are carried out by a general purpose URANS/detached eddy simulation research code CFDShip-Iowa Ver. 4. The objective of this research is to investigate the capability of the code in regards to the computational fluid dynamics based maneuvering prediction method. In the current study, the ship is subjected to static drift, steady turn, pure sway, pure yaw, and combined yaw and drift motions at Froude number 0.28. The results are analyzed in view of: (1) the verification for iterative, grid, and time-step convergence along with assessment of overall numerical uncertainty; and (2) validations for forces and moment coefficients, hydrodynamic derivatives, and reconstruction of forces and moment coefficients from resultant hydrodynamic derivatives together with the available experimental data. Part 2 provides the validation for flow features with the experimental data as well as investigations for flow physics, e.g., flow separation, three dimensional vortical structure, and reconstructed local flows.     

桨毂形状对螺旋桨水动力影响仿真

采用全结构化网格对桨毂进行计算流体动力学(CFD)水动力仿真,验证仿真方法的有效性,研究3种典型桨毂形状对螺旋桨敞水特性、截面压力分布和空化的影响。通过对比分析发现:圆弧形桨毂阻力最小,效率最优,桨毂形状主要影响叶根区域的流动;圆柱形桨毂叶根的压力最小,空化面积最大;圆弧形桨毂的抗空化性能最优。     

海上浮式风机在波浪作用下的动力响应分析

基于三维线性频域势流理论和脉冲响应函数方法计算时延函数与时域波浪力,利用准静定系泊模型来模拟系泊力,利用计算流体力学方法得到粘性阻尼系数,建立了风机在波浪作用下的时域运动方程.论文求解DeepCwind半潜式平台风机的动力响应,计算结果与试验值以及其他数值模拟结果吻合的较好,证明了方法的适用性.     

基于时间步长自适应技术的海上浮基风电平台绕流数值模拟分析

圆柱绕流问题对于研究海上浮基风电平台在波浪和海流作用下的动力特性以及开发深海风能具有重要的理论和工程应用价值,很多不可压缩流体力学数值模拟方法都基于圆柱绕流的实验或计算结果进行验证。基于自适应时间步长理论及小雷诺数（Re=100）情况下,采用有限体积法,借助FLUENT软件中的用户自定义（UDF）功能,通过二次开发在FLUENT中实现圆柱绕流的数值模拟,并对计算结果与先前的研究结果作了比较,依此来验证时间步长自适应技术和精细边界层网格设计的合理性。计算结果表明了该方法能有效获得准确的流体动力学参数并提高数值模拟计算精度,为该领域的深入研究提供依据。     

关于圆柱绕流水动力特性的大涡数值模拟研究

基于有限体积法建立描述不可压缩粘性流体三维运动的数学模型,引入浸入边界法的无滑移固定壁边界条件和大涡数值模拟的Smagorinsky．Lilly亚格子模型,针对层流（Re=100）和湍流（Re=3900）状态下的圆柱绕流流场进行数值模拟研究,验证结果表明该方法能较有效模拟非定常圆柱绕流流场的形态。在层流状态下圆柱体下游存在形态清晰的卡门涡街结构且无明显的掺混现象;在Re=3900的湍流状态下圆柱下游的掺混现象显著增强,圆柱下游约1．0D处的脉动强度达到最大值。     

船闸输水过程闸室船舶系缆力数值模拟

文章基于“船舶—水流”耦合动力响应,建立了船闸闸室船舶纵向和横向受力方程及其运动控制方程。利用 FLUENT 软件,采用 RNG k-ε三维紊流模型,运用 VOF 法捕捉自由液面,阀门的开启过程及船舶运动利用动网格技术,船舶的运动控制及系缆力的并行计算程序采用用户自定义函数（UDF）进行编写。针对带格栅消能室的船闸集中输水系统,进行了灌水过程的闸室船舶系缆力数值模拟研究,通过与模型试验系缆力过程线的比较,证明了数值方法的正确性和有效性。数值研究了消能室内有无设置辅助消能工情形下的闸室船舶系缆力,并分析了辅助消能工的功能和效果。     

有限深度均匀水流中圆柱横向阻力影响特性

为解决规则圆柱桩群阻力计算问题,以指导涉及规则圆柱桩群的物理模型试验和数值模拟计算等工作,在归纳总结已有研究成果的基础上,通过先进的数显式测力设备和较为准确的悬浮测力法,对有限深度均匀水流中多圆柱横向等间距不同方式的排列桩群进行了阻力测试研究,得出了有限深度均匀水流中圆柱横向阻力影响特性规律,并归纳总结出了圆柱横向阻力影响系数的经验公式。通过大量的测试试验数据证实了这些研究规律的准确性、有效性及实用性,对工程实践具有参考价值。