冰水两相流对海水管道冲蚀磨损特性数值模拟

针对海冰对海水管道的冲蚀磨损问题,利用fluent中的湍流模型、离散相模型、冲蚀磨损模型对水平直管和90°弯管进行冰水两相流数值模拟,分析在不同水流流速、颗粒质量流量、颗粒直径、冲蚀角度条件下管道的磨损特性。计算结果表明,冰颗粒质量流量增加使直管和弯管磨损增大;随着颗粒直径的增加,直管的磨损增大,弯管的磨损减小;弯管磨损最严重的位置发生在弯管转角处和下游管路的壁面处,而水平直管的上下部均有磨损。     

电阻层析液固两相流传感器抗冲蚀磨损特性研究

挖泥船浓度测量设备的有效性对施工效率提升具有很大促进作用,其测量精确性是实现智能挖泥的关键技术节点之一。电阻层析扫描成像技术为解决这一问题提供了方案,但传感器会受到冲蚀磨损影响使用寿命,也会造成安全隐患。本文以颗粒动力学为基础对传感器冲蚀磨损特性进行了CFD数值模拟,并和相关文献中的试验数据进行了对比。结果表明,在传感器内均存在最大磨损位置点,传感器材料的硬度值对最大磨损率影响较大,并呈现先增大后稳定的趋势。通过颗粒物与管道间碰撞过程来进行动量互换,颗粒物性、流速直接与最大磨损位置和数值相关联。壁面的最大剪切应力与颗粒物的物性相关,与管道材料及流速关联不大。     

极地船蝶阀及管道内不同开度下海水—冰晶两相流流场特性及冲蚀数值模拟

文章以极地船海水冷却系统中的蝶阀及管道为研究对象,在Fluent平台上采用RNG k-ε湍流模型及DPM模型,计算得到了海水—冰晶两相流在蝶阀管道中的流场特性及冲蚀磨损,并选取3个有代表性的蝶阀开度即30°、60°和90°的计算结果进行对比。研究结果发现:蝶阀的开度越大,流场越稳定。各开度下阀板前、后缘与管壁间都存在2个高速区,且阀板前后压差随开度增大而减小,阀板后存在负压区域,涡流现象随开度增大逐渐消失。此外,蝶阀开度越大,蝶阀受到冰晶颗粒的冲蚀磨损越小,最大冲蚀速率也随之减小。研究还得到了蝶阀管道受冲蚀磨损较严重的位置,为船用蝶阀在不同工况下提供科学预测和参考。     

船用燃气轮机进气滤清器冲蚀行为研究

冲蚀磨损是引起船用进气滤清器材料损坏的重要原因之一。针对滤清器的冲蚀行为,基于Finnie冲蚀模型分析了入口空气流速、杂质颗粒质量流量、粒径及结构参数对冲蚀速率的影响。结果表明,滤清器弯折角处最易发生冲蚀磨损,可通过改变局部材料耐磨性能来提高滤清器的耐冲蚀能力;在颗粒质量流量以及粒径一定的情况下,冲蚀速率与入口空气流速的平方成正比;在相同的空气流速下,对于等粒径杂质颗粒,冲蚀速率随质量流量线性增加;粒径对冲蚀速度的影响较为复杂,在空气流速和颗粒质量流量一定时,冲蚀速率随着粒径的增加而急剧下降,但当颗粒粒径大于200μm时,粒径对冲蚀速度影响变小。     

高效无尘喷砂除锈器气固两相流运动特性分析

为分析爬壁除锈机器人的无尘喷砂除锈器中空气和磨料气固两相流的运动特性,基于欧拉-拉格朗日方法的离散相颗粒模型,建立了喷砂除锈器有限元模拟模型。仿真结果表明：进气压力增大时,磨料对工件表面的冲蚀作用略微加强;随着进砂量的增大,对弯管接头的磨损和对工件表面的冲蚀作用都增强;当真空负压开启后,回收效果显著提升,0.045MPa时基本可以实现喷砂过程的无尘化,但负压大于0.045 MPa时,磨料回收效果提升不明显,但对工件的冲蚀效果减弱。实船应用表明：在最优化参数下,除锈后表面清洁度可达到SA2.5级,粗糙度达到44μm,验证了无尘喷砂除锈器气固两相流模型的正确性,为后续的除锈器结构优化设计、工艺参数优化提供了良好的支撑和指导。     

耙吸式挖泥船耙齿的泥浆冲蚀腐蚀磨损机制分析

在耙吸式挖泥船耙齿工作观察到泥浆冲蚀腐蚀磨损现象。耙齿表面承受田砂土，砾石和海水组成的泥浆的冲击。在光学和电子金相显微镜观察到凹坑和托尾状沟槽以及带有网状裂纹的氧化膜。本文提出了耙齿表面在冲蚀和腐蚀同时作用下而磨耗的模式，分析了材料因素对冲蚀腐蚀抗力的影响，说明了表面磨损形貌特征的形成过程。     

腐蚀条件下的海底悬跨管道振动分析

为有效预测腐蚀条件下海底悬跨管道的涡激振动响应,基于Euler-Bernoulli梁理论和改进范德波尔尾流振子方程,引入裂纹梁的等效抗弯刚度,建立考虑腐蚀作用的海底悬跨管道涡激振动模型。运用该模型对海底悬跨管道进行振动分析,并将计算所得结果与通过有限元建立的腐蚀管道模型所得结果相对比,验证该模型的准确性。通过分析不同腐蚀深度下海底悬跨管道的涡激振动特性发现：考虑腐蚀作用的管道在固有频率、位移响应和应力响应等方面与完整管道差异较大,且随着腐蚀深度的增加,变化率逐渐增大;考虑腐蚀作用的管道在发生涡激振动时的不稳定性比未考虑腐蚀作用的悬跨管道更强。     

水平管道负压气力输送CFD-DEM数值模拟

将CFD-DEM耦合方法应用于工业规模的负压气力输送系统设计中,对气力卸船机在150 t/h产量下的水平管道输送玉米物料进行仿真分析.耦合过程中CFD负责连续流体相的流动分析和曳力计算,DEM负责离散颗粒相的受力分析和运动轨迹计算.计算过程充分考虑颗粒体积分数对流体的影响.通过对比不同直径的水平管道在相同空气流量和物料...     

旋转圆柱绕流的流场特性

在亚临界区Re=1.4×105条件下,基于大涡模拟（LES）方法对均匀来流作用下的旋转圆柱绕流进行了数值模拟。通过与非旋转时的实验和计算结果比较,验证了文中计算的准确性。在此基础上,对不同转速条件下（0≤α≤2,α为圆周线速度与自由来流速度的比值）的圆柱绕流进行了数值研究。结果表明,圆柱旋转可以有效地抑制其旋涡脱落,随着转速的增加,可大幅提高其升阻比,主要表现为阻力系数减小而升力系数线性增大。当α=2时,阻力系数和升力系数在经过短暂过渡期后达到稳定。     

不同本构模型对船冰相互作用的影响

由于对物理模型做了大量假设,经验公式在计算船冰碰撞过程中的冰力时存在很多缺点,而且因为没有考虑船舶自身的非线性现象,导致计算结果与真实值存在较大误差。随着有限元技术的发展,使得利用有限元技术模拟海冰与船舶碰撞问题成为可能。海冰本构模型是影响船冰碰撞过程中计算精度的最重要因素,利用MSC.DYTRAN强大的非线性计算功能对海冰的弹塑性模型、弹脆性模型以及Derradji-Aouat多重失效面模型进行模拟,并且对计算结果和相关本构模型进行分析,认为基于应变率和温度并且考虑了静水压力对海冰失效的影响的多重失效面准则更加适合计算高应变率作用下的船冰碰撞问题。     

弯曲航道水流特性及岸坡稳定性研究*

对某段弯曲航道水流进行三维数值模拟,简要分析了弯道水流特性,并将弯曲航道水流淘刷作用耦合于岸坡稳定性二维数值模拟中,量化水流淘刷对岸坡稳定性的影响,在此基础上计算不同冲刷深度下的岸坡稳定性。结果表明：高水位情况下岸坡受环流淘刷作用的影响更大;冲刷深度越大,岸坡稳定系数越小;当冲刷达到一定程度,岸坡局部发生崩塌从而降低整体稳定性。     

船舶内燃机工作过程中颗粒横向迁移的实验研究

为了研究船舶内燃机工作过程中颗粒浓度的再分布问题，本文对层流流动中单个颗粒横向迁移的动力学机理进行了实验研究。采用自行研制的“CCD颗粒轨迹记录装置”记录了层流圆管入口段中单个颗粒的运动轨迹。实验表明，当颗粒超前于当地流体速度时，向管壁迁移；落后于当地流作速度时，向管心迁移。实验结果与理论分析一致。     

基于颗粒流理论的深海沉积物土力学特性研究

深海沉积物剪切与承载特性是决定深海采矿车行走稳定性重要参数。分析深海沉积物的物理力学性质, 基于颗粒流理论，建立了具有高孔隙比、高含水率和长条状等特性的深海沉积物颗粒流模型。开展不同深度下的十字板剪切和静力触探的数值模拟，获得了深海沉积物剪切应力-转角及贯入阻力-深度曲线，初步阐明深海沉积物剪切与贯入细观破坏机理。研究表明，深海沉积物的剪切应力-转角及贯入阻力-深度的模拟曲线与原位测试曲线吻合，验证了深海沉积物颗粒流模型及数值模拟方法的正确性。深海沉积物的剪切与贯入破坏形式主要为沉积物颗粒的挤压破坏，且应力集中于触地边缘。     

Experimental study on hydrodynamics of L-type podded propulsor in straight-ahead motion and off-design conditions

Experimental tests were conducted to evaluate the hydrodynamic performance of an L-type podded propulsor in straight-ahead motion and off-design conditions using an open-water measuring instrument developed by the authors for podded propulsors, a ship model towing tank, and under water particle image velocimetry (PIV) measurement systems. Under the three types of conditions, the main parameters of an L-type podded propulsor were measured, including the propeller thrust and torque, as well as the thrust, side force, and moment of the whole pod unit. In addition, the flow field on the section between the propeller and the strut was analyzed. Experimental results demonstrate that the dynamic azimuthing rate and direction and the turning direction affect the forces on the propeller and the whole pod unit. Forces are asymmetrically distributed between the left and right azimuthing directions because of the effect of propeller rotation. The findings of this study provide a foundation for further research on L-type podded propulsors.     

L型吊舱式推进器直线运动和非设计工况下水动力性能的试验研究（英文）

Experimental tests were conducted to evaluate the hydrodynamic performance of an L-type podded propulsor in straight-ahead motion and off-design conditions using an open-water measuring instrument developed by the authors for podded propulsors, a ship model towing tank, and under water particle image velocimetry(PIV) measurement systems. Under the three types of conditions, the main parameters of an L-type podded propulsor were measured, including the propeller thrust and torque, as well as the thrust, side force, and moment of the whole pod unit. In addition, the flow field on the section between the propeller and the strut was analyzed. Experimental results demonstrate that the dynamic azimuthing rate and direction and the turning direction affect the forces on the propeller and the whole pod unit. Forces are asymmetrically distributed between the left and right azimuthing directions because of the effect of propeller rotation. The findings of this study provide a foundation for further research on L-type podded propulsors.     

挖入式港池泥沙淤积及减淤措施试验研究

通过试验,结合部分理论分析,研究了挖入式港池泥沙淤积特性,分析了产生淤积的原因,在此基础上提出3种减淤措施。试验结果表明:港池内泥沙淤积主要由回流及异重流引起,淤积物分布具有一定规律,回流产生的淤积集中在口门附近,粒径较粗,而由异重流引起的淤积在港池内沿程分布,粒径较细。提出的方案能够达到减淤的目的,可以用于实际工程。     

冰晶颗粒在极地船壳管式换热器海水管内的分布和融化特性的数值模拟研究

利用计算流体力学(CFD)方法,采用欧拉-欧拉模型和相间传热传质模型相耦合的数学模型,对冰晶颗粒在船舶壳管式换热器的单根海水管内的分布和融化情况进行研究。通过数值模拟分析冰晶在直管和U形管内的分布及融化情况。结果发现:冰晶颗粒主要集中于主流区,且主流区近壁面处比中心处多;相间传质率从壁面到主流区先增大后减小,沿流动方向逐渐增大,而对于U形管,在转弯的地方出现局部相间传质率增大。     

河道水流冲刷对推移质运动形态影响试验研究

水流冲刷下的床面是推移质运动的场所,研究微观床面形态对推移质运动的影响,有利于探究床面上推移质运动的规律,对河道治理有较好的促进作用。经过系列水槽试验,选取具有代表性的视频,采用图像识别技术,对视频中运动的物体进行标记,分析推移质在床面运动的规律,探究水流冲刷对推移质运动形态的影响。结果表明：大颗粒在床面上的运动方向与水流方向形成一个小于30°的、路径较直的夹角;小颗粒在床面的运动受近底流速的影响,聚集体会对河床表面水流进行树枝型分流,导致小颗粒的运动方向时刻变化,与水流方向夹角范围在0°～90°,在2个聚集体之间加速较为明显;不同形态的聚集体的稳定性不同,且聚集体之间可相互转化。     

三峡工程蓄水前后监利站水沙变化分析

随着三峡水库的蓄水运用,清水下泄使坝下游河床受到不同程度的冲刷,江湖关系发生改变,引起水沙特性的改变.对收集到的三峡蓄水前后监利站实测水沙资料进行分析,结果表明:三峡蓄水运用后监利站年平均流量减小,年内汛期流量削减,枯季流量增大,其中主汛期6～9月份平均流量建库后较建库前减少了6％～15％,主汛后10月份和11月份流量...