两种典型截面立柱绕流特性数值模拟

为观察圆形截面和方形截面2种典型截面形式的立柱在绕流上的异同,采用Fluent对这2种截面形式的立柱进行不同折合速度和不同来流角度下的绕流数值模拟。从立柱受力、流体力轨迹曲线及涡泄模式等方面进行结果的分析和对比可知：方形立柱在绕流时流体分离点是固定的,且在相同条件下方柱的斯托哈尔数要比圆柱的小。此外,方柱绕流特性随来流角度的变化而有所变化,方柱的流体力统计值也与圆柱有较大区别,但二者的升阻力频率具有相同的关系。     

大攻角翼型绕流的流场测试及数值计算

本文采用ＰＩＶ技术中的流态显示方法,对大攻角翼型绕流的流场进行多次曝光流态显示试验,获得了丰富的流动信息。本文同时应用ＣＦＤ技术,进行了相应的数值计算研究。结果表明,试验与计算获得非常好的一致,两者得到一次相互验证。     

基于神威超算平台的三维方柱绕流大规模并行数值计算与分析

异构众核已成为超级计算机架构的发展趋势,而如何有效利用异构超算系统的能力,是当前CFD界面临的一项重大挑战。本文基于神威异构超算平台,采用自主开发代码,开展三维非定常不可压流动的大规模并行数值模拟研究。论文的数值计算采用MPI+Athread多级并行方式,其中在Athread众核并行时,针对神威众核处理器的特点,采用循环融合的方式对SIMPLE算法求解流程进行优化,提升加速效果。首先以Re=10的三维方柱准定常绕流为例,开展并行计算测试,包括MPI并行和MPI+Athread多级并行,结果显示2025万网格125进程MPI并行效率为70%以上,Athread众核并行加速7.9倍。随后,针对Re=250的三维方柱非定常绕流,开展网格数量从384万到2.46亿的大规模并行计算,结果与相关文献符合良好,同时表明网格数量增加能够更好地捕捉流场细节。本文的研究工作展现了神威异构超算平台在非定常不可压缩流动CFD大规模并行计算方面的应用能力。     

中等雷诺数方柱绕流的直接数值模拟及涡系分析

作为一种典型的钝体绕流,方柱绕流具有物体几何外形简单而流场结构非常复杂的特性,常规的基于RANS的数值计算方法难以准确模拟。DNS不使用任何湍流模型,直接求解完整的非定常流动控制方程组,模拟包括脉动在内的湍流所有非定常流动量的时空演变过程,是湍流数值模拟中最精确的方法,在复杂流动数值模拟方面的应用潜力巨大。本文自主设计和编制并行数值模拟程序,使用基于"神威·太湖之光"国产CPU架构的大规模并行计算,开展了中等雷诺数(Re=10 000)方柱绕流的直接数值模拟。其中:不可压N-S方程组采用基于交错网格的有限体积法离散;压力-速度耦合采用SIMPLE算法处理;离散得到的代数方程组采用Gauss-Seidel迭代求解;时间步进采用Euler隐式格式,对流项采用QUICK格式,耗散项采用中心差分格式;数值模拟程序的并行化使用MPI方法处理。文中重点分析了方柱绕流的复杂涡系结构,同时给出了部分湍流统计结果,并通过与RANS和LES模拟结果的对比分析,展现了DNS在复杂精细流场模拟方面的优势。     

改进的3阶WENO-N3格式及其在内爆炸载荷计算中的应用

  目的  高分辨率激波捕捉格式对含激波流场的数值模拟具有重要意义,其不但可以降低网格的规模,而且能较好地分辨出流场中复杂的波系结构。  方法  通过在权函数公式中增加额外项的方式构造出WENO-N+3格式,并采用泰勒级数展开的方法对WENO-N3和WENO-N+3格式在极值点处的精度进行理论推导和精度数值测试。选用激波与熵波相互作用、双爆轰波碰撞、瑞利—泰勒不稳定性等问题验证改进格式WENO-N+3与WENO-JS3,WENO-Z3和WENO-N3格式的区别。最后,将改进格式WENO-N+3应用于内爆炸载荷的数值计算。  结果  研究表明,改进格式WENO-N+3相较其他格式耗散低,并且在相同的计算网格下能给出较高的冲击波峰值。  结论  该方法可用于内爆炸载荷的数值计算。     

回流区水流运动三维数值模拟

建立了三维有限元水流模型,模型中采用了高分辨率计算格式。依此模型计算了突扩引起的回流,获得的掺混区流速分布和回流区固定点水位、流速非恒定过程与实测结果基本一致。     

船尾整流鳍绕流的数值计算

本文采用通量差分分裂型上风差分格式（ＦＤＳＵ）求解不可压缩三维ＲＡＮＳ方程,忽略自由面影响,用孔点法对ＨＳＶＡ船后体加装平板整流鳍进行了绕流计算、避免了流场中由于鳍的存在而引起的坐标线的分叉、多值等网格奇异现象。本文考虑了整流鳍的尺寸、攻角和垂向安装位置对流场的影响,此工作为整流鳍的优化设计提供了有意义的信息,也为探索船尾水动力节能装置的节能机理提供了基础。     

亚临界雷诺数下圆柱和方柱绕流数值模拟

基于RNG k-ε模型,采用有限体积法对亚临界雷诺数条件下(Re=3×102~3×105)的二维单圆柱和单方柱绕流进行数值模拟与仿真。得到了圆柱和方柱绕流阻力系数Cd与Strouhal数随雷诺数的变化规律。同时对雷诺数Re=22 000下的圆柱、方柱绕流相关特性进行详细对比分析。计算结果表明:同一雷诺数下,单圆柱绕流阻力系数Cd较单方柱低,但圆柱的Strouhal数较单方柱则要高。虽然二者边界层分离点不同,但流场的演变与漩涡的脱落具有一定相似特性。     

无键螺旋桨液压安装方案分析

针对新造大型船舶无键螺旋桨液压安装过程中的油压控制问题,以某型集装箱船为研究对象,根据船级社规范对推入量和油压进行理论计算,并建立桨-轴无键联接的三维模型,运用ANSYS有限元法对推入量和油压进行仿真分析。通过理论值和仿真值的对比分析,结果表明,理论计算的推入量可以保证螺旋桨无键联接的可靠性;桨毂的等效应力大于桨轴的等效应力,接触边缘区域的应力存在奇异性。得到液压安装过程中的p-S(油压-推入量)曲线,提出一种无键螺旋桨液压安装方案,为无键螺旋桨液压安装控制系统的设计与研发提供理论依据。     

有限元法用于船舶轴系校中计算

针对某船舶动力系统试验用轴系,运用有限元法建立了轴系校中计算的力学模型,简述了轴系校中的计算方法及计算控制条件,详细介绍了轴承负荷影响系数、3种校中状态(直线校中冷态、合理校中热态、合理校中冷态)的轴线变形及轴承负荷、现场轴系校中(安装状态)的法兰开口及偏移值等计算结果,最后通过顶举法对轴承负荷进行实测检验,结果表明计算值与实测值吻合.说明采用有限元法进行轴系校中计算是非常有效的,是今后轴系校中计算的发展方向.     

有限元程序生成系统及其在工程中的应用

本文介绍了一个全新的有限元软件--有限元程序生成系统(FEPG)的设计方法和程序结构.有限元程序生成系统可以根据通用的数学原理和有限元素法规则,采用部件化和人工智能的方法,像推导数学公式那样利用计算机自动生成有限元程序.有限元程序生成系统突破了现有的有限元软件仅仅适用于某一特定领域研究的限制,适应于所有需用有限元方法求解的微分方程.目前,有限元程序生成系统已经应用于超导、电磁场、石油勘探、结构工程、交通、水利、船舶力学、液固耦合及流体力学等方面的研究.     

2020年中国高性能计算机发展现状分析与展望

  目的  旨在探索基于国产处理器的异构超算平台在船舶水动力学领域的应用效果。  方法  基于“神威·太湖之光”超级计算机,采用MPI+Athread的编程方法,对雷诺数Re=250的三维有限长方柱绕流进行直接数值模拟,并对模拟结果进行验证与分析。模拟使用的网格规模最大达到245.76百万（t=600 s,dt=0.001）,并行规模最高达到133 120核。  结果  经统计,在133 120核并行规模下245.76百万网格规模计算能够在数天之内完成。模拟结果显示,在三维有限长方柱绕流流动中,方柱各横截面具有同步涡脱的特征;对比不同长径比方柱绕流尾流场,发现长径比为2时的尾流涡系结构呈现出长直状的流向涡二次结构,而大于2时则为反对称卡门涡。  结论  模拟表明,基于“神威·太湖之光”超级计算机的多级并行计算可有效减少小尺度网格下因规模提升所导致的时间成本,在船舶水动力学领域有较好的应用潜力。     

桥式抓斗卸船机顶升牛腿的设计计算与应用

应用有限元软件Ansys对顶升牛腿结构进行建模及计算,提取应力结果进行屈曲校核,并简述现场顶升施工过程.     

有限元法在船闸闸首结构设计中的应用

规范算法在应用于船闸闸首的结构分析中,因未考虑地基材料非线性及三维结构的整体性对结构计算的影响,不能较真实地模拟闸首地基整体受力变形情况,进而影响到船闸结构设计。针对这些问题,本文以某大型船闸下闸首为例,建立闸首-地基三维有限元模型,考虑地基的材料非线性,地基模型采用邓肯-张的E-B模型,使用ABAQUS软件分析运行工况下闸首的应力分布规律及变形特点。结果表明,规范算法在船闸设计中总体安全富余度较大,但在闸门附近的边墩截面和边墩与底板交角处是偏不安全的。     

壳体结构水下辐射噪声FEM/BEM计算

圆柱壳体结构水下辐射噪声计算对于水下航行器设计具有重要的意义。本文基于壳体结构与周围流体介质的耦合作用,建立壳体结构的FEM/BEM数学模型。在理论基础上,利用有限元软件MSC.Nastran建立壳体结构有限元模型并进行修正,并利用声学计算软件LMS Virtual.Lab Acoustic进行辐射噪声计算。本文的方法为预测水下结构辐射噪声提供了一个典型的实例。     

布置输水廊道的船闸闸室底板受力分析及有限元计算

布置输水廊道和消能设施的船闸闸室底板结构具有明显的三维特性。按《船闸水工建筑物设计规范》中的弹性地基上的框架或均布地基反力的框架进行受力计算时,难以确定底板框架的刚度,且无法模拟底板的三维受力特性。通过分析某船闸布置廊道的闸室底板受力情况,采用有限元计算软件建立其三维有限元模型,计算分析闸室底板的内力和变位。     

模袋固化土海上围埝有限元计算与实测结果对比分析

通过对模袋固化土海上围埝有限元计算结果与现场实测结果的对比分析,说明用弹性非线性模型能够较好地模拟围埝下土体的受力变形特性,可以采用有限元分析的方法计算围埝下土体的变形和应力发展趋势。