基于VOF方法的驻留微气泡形状稳定性仿真研究

亚微米级的驻留微气泡在强剪切流中发生变形,会导致将气泡简化为完全滑移刚性壁面而进行的数值仿真出现明显误差.文中采用了VOF方法求解驻留微气泡的气—液两相流平板Couette流场模型,利用剪切流粘性力与表面张力的比值毛细数Ca作为判据,得到了Ca=0.1作为亚毫米尺度微气泡在剪切流中发生显著变形的临界值,并将Ca＜＜0.1作为将驻留微气泡简化为完全滑移刚性壁面的适用条件.通过仿真得出滑移长度随毛细数增大而减小,当毛细数超过0.1时,驻留微气泡起到增阻作用.在微气泡不发生严重变形的前提下,选择尽量大尺寸的气泡有利于提高减阻效果.     

舰船在水下爆炸载荷作用下的总强度研究

通过数值方法模拟舰船受水下爆炸冲击波载荷及气泡脉动载荷作用下的整体响应。计算过程中,考虑波浪载荷的作用,给出水下爆炸载荷与波浪载荷联合作用下船体响应计算方法,并与传统舰船船体强度分析方法相结合,分别研究水下爆炸冲击波载荷、气泡脉动载荷以及波浪载荷的相互作用下,船体强度计算方法。研究结果表明,在水下爆炸冲击波阶段可以忽略波浪载荷的影响,而在气泡脉动阶段,必须考虑波浪载荷与气泡载荷的联合作用。本研究旨在为水下爆炸载荷作用下的舰船总强度研究提供参考。     

航行体头型对气泡附着影响的数值研究

水下航行体穿越水中膨胀气泡时,气泡在一定条件下有可能附着在航行体上形成附着空泡,从而改变航行体水动力性能,为此开展了头型因素对气团附着空泡影响的数值研究。利用数值模拟方法计算了四种头型航行体穿越膨胀气团的过程,结果发现头型是影响气泡附着的重要因素:对于分离角较大的钝头型,气泡容易附着在航行体上形成附着空泡;对于分离角较小的细长头型,气泡受到扰动后就很快与航行体分离而不会附着。     

减小船舶阻力的新方法

英国专家研究出一种减小船舶阻力的新方法。这种方法，就是在船舶的底部覆盖上一层用橡胶制成的外壳，外壳上装有阀门。船舶在航行时，橡胶外壳本身自动膨胀和收缩产生空气，这样在船舶的底部就会形成许多的气泡，这些气泡可减少水对行船的阻力。     

基于大涡模拟的槽道微气泡减阻数值模拟

以大涡模拟和mixture两相流模型计算微气泡对湍流边界层的影响,以达到减小湍流边界层阻力的目的.数值模拟中,在同一水流速度和不同气泡喷射速度下,阻力随着气泡的喷射速度的增加而得到很大的减小,但当气泡量达到饱和时,减阻效果下降.数值模拟结果表明,在湍流边界层中注入微气泡是一种有效的减阻方式.     

掺合料对高耐久性清水混凝土外观的影响

针对海洋环境下高耐久性清水混凝土外观缺陷问题,进行混凝土的圆桶及方模试验,研究掺合料对其外观的影响。结果表明,单掺矿粉的清水混凝土表面气泡较多,且直径较大;双掺矿粉和粉煤灰的清水混凝土的色泽会偏黑,偏暗;双掺矿粉和石粉的清水混凝土表面有较多大直径气泡;而双掺矿粉和硅粉的清水混凝土,色泽较为明亮均匀、气泡较少且气泡尺寸较小,整体均匀性在双掺体系中最好;三掺矿粉、粉煤灰和硅粉的清水混凝土,相对于所有其他系列的清水混凝土,外观改善情况最好,整体色泽均匀明亮,且气泡较少,将其应用于某海洋环境下清水混凝土工程,效果良好。     

水下爆炸气泡作用下船体总纵强度估算方法

水下爆炸中的气泡脉动载荷会造成舰船的鞭状运动,对其总纵强度产生很大威胁,是战争中造成船体总体毁伤与丧失生命力的主要原因之一。基于势流理论,推导并建立船体梁气泡弯矩的理论与计算方法,同时综合考虑气泡弯矩、船体静水弯矩、波浪弯矩及砰击弯矩等其他影响因素,建立一套完整的气泡作用下船体梁总纵强度估算方法。通过算例,校核典型工况下多种弯矩同时作用时船体梁的总纵强度。计算结果表明,气泡脉动载荷产生的总纵弯矩具有周期性鞭振特性,且数值大于其他弯矩。在评估舰船总纵强度与生命力时,应充分考虑气泡脉动载荷的影响。     

舰船尾气流泡层散射函数分析

船舶航行过程中,螺旋桨对转动气压、航行震荡引起的水面波浪及空气流中的气体流动,这些综合因素会在船舶尾部形成大量的气泡。这些气泡的形成可能影响海水的温度并造成光学反射现象,对其气泡的形成原理及光学热学等特性分析可以更好的研究海洋环境变化。本文研究船舶尾气泡层的形成机理,利用Mik理论详细分析气泡的光学特性,对气泡散射函数进行数学模型分析,通过动态的数据处理过程模拟气泡层的变化,最后通过实验对理论分析进行验证。     

水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下船体结构的动响应

由冲击波引起的结构动力毁伤与由气泡引起的结构动力毁伤机理不同.基于双渐近（DAA）理论,建立-套有限元方法与边界元方法相结合的数值计算程序.分别研究非接触水下爆炸冲击波载荷与气泡载荷作用下三维船体结构的动响应,阐述水下爆炸载荷与三维船体结构之间的流固耦合理论.通过算例,详细讨论冲击波与气泡载荷作用下船体结构的总体响应和局部响应的-些特征与机理.计算结果表明,在非接触水下爆炸中,冲击波主要是对船体结构造成局部毁伤,而气泡则会对船体结构造成总体与局部的双重毁伤.     

单壳体潜艇在气泡脉动载荷作用下的响应规律研究

基于Geers与Hunter提出的自由场气泡脉动载荷计算方法,利用开尔文冲量法分析气泡自由场假设成立的条件,并将简单结构的计算结果同试验值进行对比,验证了所用算法的有效性。通过对简化的单壳体潜艇结构在不同气泡工况下响应的求解分析,得出如下结论:当气泡与边界距离大于其半径的3倍时,可忽略结构对气泡运动的影响;声固耦合法可有效求解结构在气泡脉动下的响应;在低频气泡脉动载荷激励下,结构的一阶及三阶垂向运动被激起,且以一阶运动为主;结构一阶垂向湿频率与气泡脉动的频率相差一定时,结构频率与其鞭状运动幅度呈负相关趋势;当气泡脉动频率与结构湿频率接近时,结构的响应出现峰值。     

气泡混合轻质土路基在高速公路沉降控制中的应用研究

气泡混合轻质土是一种人工制作的土工填土材料,具有密度比一般土体小,而强度可以达到甚至超过良好土体,强度和密度还可以按照需要进行一定的调整等良好的力学特性、隔热、隔音等性能。本文基于申嘉湖杭高速公路深厚超软地基上路段K2+428断面工程实例,介绍气泡混合轻质土换填施工工艺,并对采用FCB气泡混合轻质土换填加固技术控制的路基进行加固效果分析,研究表明,FCB气泡混合轻质土在公路工程中能够有效的减小沉降速率与控制工后沉降。     

湍流破碎波中气泡运动与动力性能分析

应用自适应网格加密技术对三维波浪破碎进行研究。通过对波浪破碎动力学特征进行分析,将波浪破碎划分为波浪稳定发展、砰击自由面、空腔坍塌、飞溅射流形成和波浪破碎后耗散5个阶段。通过分析气泡尺寸和速度的统计数据发现,大部分气泡半径为2～3 mm,气泡的数密度符合-10/3幂律分布。在波浪破碎过程中气泡的纵向速度占主导地位。随着半径的增加,气泡的平均速度增大,而气泡最大速度呈现递减趋势。进一步分析湍流旋涡与气泡运动之间的关系发现,表面张力的增大会诱导波浪提前破碎,并阻止大尺度气泡分解为小尺度气泡。     

水下爆炸气泡载荷对舰船的总体毁伤研究

在水下非接触爆炸中,气泡载荷因其脉动频率经常接近于舰船的垂向固有频率而造成舰船总体毁伤。阐述水下爆炸气泡与弹塑性船体梁之间的流固耦合理论,建立了一个考虑气泡迁移,自由面效应和气泡阻力的气泡模型和船体梁的弹塑性模型。以实船为算例,计算了气泡载荷作用下船体梁的弹塑性变形,分析船体梁发生弹塑性损伤的机理和特征。     

近自由面水下爆炸气泡现象的数值仿真研究

为了解近自由面水下爆炸气泡的动态特性,利用大型商业有限元软件MSC.Dytran,对3种典型工况下的气泡现象进行了数值仿真.仿真结果显示,气泡射流方向与基本理论预测结果基本一致,仿真气泡半径与理论计算吻合较好.由此得出结论,可以利用MSC.Dytran来模拟水下爆炸气泡现象,并对气泡射流现象进行研究.     

远程尾流散射光偏振特性的蒙特卡罗模拟

在船舶海上航行的过程中,与运动方向相反的方向会形成尾迹,也被称为船舶尾流。由于螺旋桨与海水的相对运动,船舶自身会受到较强的冲击,从而产生局部的高温,进而形成气泡幕带,存在诸多物理性质。在水温、天气、航速、气温以及海域等诸多因素的影响下,尾流的物理与外貌特征也逐渐突显出来。需要注意的是,船舶尾流的组成部分是海水当中处于运动状态的气泡,其对尾流气泡散射特性产生了直接影响。而偏振特性同样具有散射光的特征,不仅能够提供光强信息,同样也涵盖了其他价值较高的信息。基于此,文章将远程尾流散射光偏振特性作为主要研究内容,并重点阐述蒙特卡罗模拟的实现过程。     

海洋科考船艏部线型设计

以3艘海洋科考船为研究对象,采用CFD软件模拟不同艏部线型在经济航速和最大航速下艏部兴波波形和自由液面气泡沿船体曲面下泄轨迹.计算结果表明,球鼻艏线型可明显降低船首兴波波峰高度;安装导流罩可以解决船底宽度不满足多波束设备宽度的问题,但同时会增加船舶阻力并产生紊流;采用一体化隐式球艏线型有较好的兴波阻力性能同时兼顾较强的防气泡能力.     

气泡的神奇魅力

那些拥有游艇的人士通常不需要刻意寻找其他借口就可以随时随地开启一瓶香槟,可以是为了庆祝在这美妙时刻驶出港口,在港口外锚泊,或是悠闲地进入港口,这其中的任何一条理由都能让他们不由自主地开启香槟表达喜悦与满足。香槟不但拥有清新的滋味,同时如珠串般不停冒升涌起的气泡,更令欢饮时刻的心情与气氛沸腾到极点。香槟,一直被奢侈、诱惑和浪漫的色彩包围,是葡萄酒之王。最近一段时间以来,美国市场上消费了数量众多的香槟(产自法国的50,000多瓶),这其中还不包括产自美国、意大利和西班牙的气泡葡萄酒。因为不是所有的气泡酒都可以被称为“…     

横流中水下气泡运动特性模型对比研究

为更好地研究水下气泡的运动规律,开展横流作用下水下气泡的运动特性模型研究。首先以动量定理为基础,推导横流中水下高速气体的射流轨迹模型;其次依据牛顿定理,对水下气泡进行受力分析,建立横流中单气泡的运动数学模型;最后采用龙格-库塔法对2个模型进行求解与分析。结果表明,2个计算模型在各自的气泡速度范围内,能够模拟对应的气泡运动轨迹,而随着横流速度的不断增加,计算结果误差越来越大。研究结果为水下气泡在复杂流场中的运动特性研究提供参考。     

潜艇废气排放气泡视觉测量系统

潜艇废气排放时将在海水中引起气泡,这给潜艇的隐身带来困难。提出了一种基于计算机视觉测量技术的方法测量气泡的大小。介绍了在实验室模拟潜艇废气排放的原理和气泡视觉测量系统的关键技术,并据实验结果就气泡大小对潜艇隐身的影响进行了分析。     

晃荡对上升气泡运动状态影响分析

船用动力设备中气泡的运动会改变设备的换热特性,在设备晃荡条件下,气泡的运动规律变得更加复杂,严重时会影响系统的安全运行,因此需要对晃荡条件下的气泡运动行为进行分析。依托晃荡实验台架,采用高速摄影仪对静止和晃荡2种工况下的气泡运动状态进行采集,对实验数据进行分析处理,得到气泡上升轨迹和速度等参数。由对比实验分析得到晃荡工况下气泡运动的若干特性。晃荡条件下气泡运动特性可为船用动力装置存在气泡的设备的换热特性研究提供基础。