遮蔽效应下双平面网衣和圆形网衣的水动力性能

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)数值仿真方法,利用STARCCM+软件对双平面网衣和圆形网衣进行数值仿真模拟。建立合适的流场域并进行网格划分和收敛性验证;针对水流作用下网衣的遮蔽效应,分析网衣的水平拖曳力和阻力系数。对比2种网衣的流速衰减、网衣受力和阻力系数的变化情况,结果发现：2种网衣在网内和网后均存在明显的流速衰减;当流速增加时,2种网衣具有相似的变化规律,网衣的水平拖曳力随流速的增加而增大,阻力系数随流速的增加而减小;圆形网衣的受力始终大于平面网衣。研究成果可供网箱的设计优化及其水动力性能和流场特性研究参考。     

基于多孔介质模型的网衣对波流场影响的数值模拟研究

用多孔介质模型模拟网箱中的刚性金属网衣。基于计算流体力学软件STAR-CCM+，建立稳定的来流作用下刚性网衣对周围流场影响的数值模型，研究水流经过网衣后流场的变化及流速衰减，并与模型试验结果进行比较，验证了多孔介质模型模拟网衣周围流场的正确性。建立了波浪与网衣相互作用的数值模型，分析刚性网衣对波浪衰减的影响以及网衣的波浪透射系数与波浪参数之间的关系，为对网箱内部波流场的研究提供参考。     

浮式板-网阻流装置周围流场特性研究

随着深远海渔业养殖工程的推进,如何通过装备设计来降低海流流速是大型网箱养殖向深远海发展的关键技术之一.文中提出一种新型板—网阻流装置,利用刚性板与柔性网衣对水流质点的阻滞效应,达到阻流效果.基于Realizable k-ε湍流控制方程,建立粘性流的三维数值水槽,采用含多孔介质的动量源项模拟水流与网衣的相互作用,对不同流速和网衣密实度条件下阻流装置的阻流效果进行了参数化分析.研究结果表明：在0.8～1.5 m/s流速范围内,随着流速的增加,阻流装置阻流效果逐渐降低,但总体阻流效率不低于35%;根据不同水深处测点流速变化可研究发现,网衣与刚性结构阻流效果较为接近,表明网衣能够有效进行阻流,同时增加网衣密实度,能够提高阻流装置阻流性能.     

小型高速水洞收缩段的优化设计

简要介绍了小型高速水洞收缩段设计的原则,收集对比了几种典型的收缩曲线。利用商业化的计算流体动力学软件—Fluent,结合实例,采用二维轴对称模型对收缩段的长度进行了选择,对不同收缩曲线型面的流场品质进行了对比分析:优化的三次曲线(n=7、xm=0.4)或Batchelor-Shaw曲线的出口流场均匀性较好,移轴的Witozinsky曲线出口湍流度较小,五次方曲线进出口损失水头较小;采用三维对称模型简单模拟了矩形截面的情况,结果显示其出口截面上的流速和压力等值线近似呈圆形,沿轴向进口和出口附近壁面会出现流速的降低和过冲,角部附近速度分布严重不均匀。     

水流作用下的渔网水动力数值方法研究

为了研究渔网在水流作用下的受力及变形情况,文章基于ABAQUS二次开发技术,结合网平面经验公式,编写了水动力计算模型。根据网衣的密实度、雷诺数和网平面与流速的夹角与水动力系数的关系式,计算出每个网目的水动力系数,再施加在网衣的每个网目上,最终计算出整个网衣的水动力和变形情况。同时在该方法中也考虑了流速衰减的问题。通过此方法验证了网箱在不同网格数和沉子质量时水动力和网箱体积计算结果的准确性,未来可以应用该方法计算网箱在水流下的水动力。     

有限深度均匀流中圆柱桩群绕流对流速的影响*

通过有限深度均匀流水槽试验研究不同圆柱桩群对均匀水流的绕流影响程度.通过多组试验研究数据对比分析得到圆柱桩群对均匀水流的影响规律;不同圆柱桩群对同样水流影响性质与程度的差别;不同圆柱桩群对水流流场影响范围的规律;圆柱桩群的阻流率、排架密度、桩群长度对水流流场的影响规律;不同流速的水流对圆柱桩群影响的反应规律;水流绕流圆柱桩群时,横向断面流速的变化规律等.研究分析还发现:桩群阻力是桩群影响水流的一个因素但非唯一因素,桩群的排列方式和桩群迎流角对水流流速的变化有不同程度的影响,且其影响程度大于阻力影响.     

艇模水下阻力试验方法研究与数值验证

采用钢骨架外敷玻璃钢的结构加工设计Suboff标模,针对不同的剑型以及剑艇连接方式,采用浅浸深方式开展艇模水下阻力试验,分析不同剑型与连接方式所带来的结果差异,并将其结果与ITTC公布的试验数据进行对比,最后在数值仿真的基础上,通过观察不同速度下的流场流速以及压力分布情况,分析连接剑装置对艇流场的影响。     

艇模水下阻力试验方法研究与数值验证

采用钢骨架外敷玻璃钢的结构加工设计Suboff标模,针对不同的剑型以及剑艇连接方式,采用浅浸深方式开展艇模水下阻力试验,分析不同剑型与连接方式所带来的结果差异,并将其结果与ITTC公布的试验数据进行对比,最后在数值仿真的基础上,通过观察不同速度下的流场流速以及压力分布情况,分析连接剑装置对艇流场的影响。     

不同工况下巨型沉井水流力及流场研究

水流经过沉井时,由于沉井对过水断面的压缩造成沉井周围流场的变化。为了探索不同流速、流向和水深工况下沉井受力变化,在模型试验与CFD数值模拟的基础上,采用控制变量法对沉井在着床、浮运过程中的流场变化规律进行研究;针对规范公式对大型结构计算存在的不足,提出对侧压缩系数进行修正。计算结果表明：随着流速的增加,水流力与流速呈抛物线分布;随着水流流向角的增加,沉井受到的纵向和横向水流力同时呈现增加的态势;在沉井逐渐抬升的过程中,水流呈先增加后减小的趋势,当沉井底部与河床相距超过10m后,沉井所受水流力将不受水深影响而保持稳定。     

波浪作用下网箱所受波浪力的影响因素试验研究

为研究网箱在波浪场中所受波浪力,设计圆形和方形两种不同形状的重力式网箱模型,并对网箱装配同种规格不同密实度大小的网衣,通过模型试验获取网箱在8种设计波况下的受力曲线。将装配相同网衣的圆形网箱模型和方形网箱模型所受的波浪力进行对比,结果表明,相对于方形网箱,圆形网箱承受更小的波浪力;同时将装配大密实度网衣的圆形网箱模型与装配小密实度网衣的圆形网箱模型所受的波浪力对比,结果表明,装配大密实度网衣的网箱模型比装配小密实度网衣的网箱模型受到的波浪力大。此外,从试验结果也可发现,波长的改变对网箱所受波浪力的基本无影响,而随着波高增加网箱所受波浪力也增大。     

海流作用下沉管—双驳船沉放系统沉放过程的阻力特性分析

文章通过CFD方法对海流作用下沉管管节与双驳船组成的沉放系统在不同沉放水深时的阻力进行分析,采用RANS方程和SST k-ε湍流模型,利用试验结果验证所用模型和方法的正确性。结合沉放过程三个典型工况,分析90°来流时的流场变化对阻力特性变化产生的影响。结果表明数值结果与试验结果差异较小,驳船和沉管之间的相对位置、沉管沉放深度对流阻力大小影响较大。     

新型三立柱半潜式平台涡激运动特性试验

为研究新型三立柱半潜式平台的涡激运动特性,开展平台在系泊状态下的静水拖曳试验,分析其在3种不同流向角、不同折合速度以及不同系泊布置条件下的涡激运动响应与载荷特性。研究结果表明：三立柱新型半潜式平台横向运动响应主要与其受到的脉动升力有关,在折合速度Ur为6～10的区间发生“锁定”现象;在流向角为60°时,平台横向运动最显著,标称响应幅值达到最大值,为立柱直径的0.736倍,而首摇运动标称幅值在0°流向角,折合速度Ur=10时达到最大,约为9.63°。此外,平台横向运动比较明显,纵向运动相对较小,“锁定”区的运动轨迹主要表现为垂直于来流方向的直线运动。在60°流向角下,2种系泊方式对平台横荡运动有一定影响,0°和30°流向角下改变系泊方式后的影响不大;0°流向角下,不同的系泊方式对平台首摇运动影响较大,30°和60°流向角时影响较小。     

附体对潜艇阻力及尾部伴流场的影响

针对SUBX潜艇模型,采用数值计算手段,开展附体对潜艇阻力及尾部伴流场的影响分析。计算表明,附体导致潜艇粘压阻力的显著增加,以及伴流场不均匀性的产生。稳定翼对桨盘面半径内伴流场不均匀性的影响较大,而指挥室围壳主要影响桨盘面半径外伴流场不均匀性。从降低阻力和改善伴流场角度考虑,需开展附体外形、位置及与主艇体连接形式的深入研究。     

重力式深水网箱的抗台设计与水动力性能分析

针对重力式深水网箱抗台风能力较弱,容易出现浮架损坏、锚绳断裂和网衣严重变形等问题,以一典型重力式深水网箱为研究对象,结合传统网格式系泊,提出在底部附加系泊缆的新型抗台设计方案,基于势流理论和非线性有限元方法,建立网箱数值模型,在不同入射角和波高下,对比分析传统网格式和新型抗台式系泊的网箱系泊缆张力、浮架运动和网箱变形....     

非对称半潜式起重平台流载荷数值分析

基于计算流体力学(CFD)软件FINE/MARINE对非对称半潜式起重平台的流载荷进行了研究,完成了流向角0°～360°(间隔15°)共计25种工况下平台流载荷的计算。重点对流载荷随流向角的变化规律、载荷系数及平台附近流场分布等特性进行了研究。结果表明,在来流速度相同的情况下,流向角变化对平台周围流场分布有较大影响,60°流向角时平台的流载荷最大。通过平台在自由面上的流场分布,可以分析流载荷的变化规律。     

侧体排水量比对三体船阻力性能的影响

为了探讨三体船侧体排水量比变化对三体船阻力性能的影响,基于RANSE方法,采用比较适用于三体船的Realizable k-ε湍流模型,利用VOF法捕捉自由液面,针对5种侧体排水量比方案,在不同傅汝德数下对三体船的粘性流场进行数值模拟计算,得到相应情况下的船体摩擦阻力及剩余阻力,分析比较剩余阻力曲线及自由面波形,结果表明,低航速下侧体排水量比的变化对三体船阻力性能影响不明显,中高航速下较小的侧体排水量比的三体船兴波阻力性能更佳;同时将计算结果与试验数据进行比较,验证了计算结果的可靠性。     

井式渗碳炉流场模拟与优化设计

为解决船用柴油机关键零部件在使用井式渗碳炉时出现的气氛流动不均匀问题,基于流体力学分析软件ANSYS Fluent,根据某大型圆筒形井式渗碳炉的具体结构和尺寸建模并模拟炉内的气体流动过程.通过分析炉内气氛的流动特点,揭示了不同入口速度下炉内气氛的流动规律,从而指导设备风扇转动速度的选取.同时,为进一步均匀炉内气氛,设计出具有不同角度的导流装置.通过对加装导流装置前后炉内流场模拟结果分析发现,加装导流装置后炉内流速不均匀的情况能得到较好的改善,且导流装置呈270°时效果最佳.优化后的流场流速相较于原始流场速度提升达到36%～40%,解决了渗碳炉内工作区域与风扇区域流速差异过大的问题,使炉内气氛流动性得到了较为明显的改善,为新型渗碳炉的结构改进和技术创新提供了理论支撑.     

张力腿平台在湍流边界层分离下的水动力特性研究

在亚临界区雷诺数Re=1.4×10~5(特征长度为立柱直径D)下,采用改进的延迟脱体涡模型(IDDES)和湍流分离方法,对张力腿平台在湍流边界层分离下的升(阻)力特性进行了数值模拟,研究了0°、15°、30°和45°四种流向角下张力腿平台主体以及各立柱上的水动力特性。研究结果表明:0°流向角下,平台主体所受的平均阻力和脉动升力相对于15°、30°和45°时更大;不同流向角下,受上游立柱泄涡的影响,下游立柱的平均阻力系数始终小于上游前端立柱的平均阻力系数,但其脉动升力系数反而更大;随着流向角的增加,上下游立柱脉动升力的差异逐渐减小;仅在0°流向角下,各立柱上的升力系数功率谱存在单个能量峰值。此外,由涡量场分析可知,不同流向角下,立柱尾部的脱涡形式区别显著;浮箱与立柱连接处的三维效应对立柱尾部的大尺度漩涡脱落产生了抑制作用。     

引桥桥墩间距对港域流场影响的试验研究

为了改善工程区的流场分布,根据烟台西港区一期工程潮流数学模型试验的研究成果,针对引桥为透空和实体的结构形式,分析了工程建设对流场的影响,以及桥墩不同间距直至实体时工程海域流场的变化情况和对通航条件的影响,并对回转水域和停泊区的流速流向变化进行了对比分析。结果表明：桥墩间距在5～15m时,可以兼顾透流效果和掩护条件,满足工程要求。     

小流向角下的30万吨级油船水流力试验

现行的《港口工程荷载规范》没有体现出小流向角对船舶水流力的影响,而船舶水流力的变化与流向角及流速密切相关。为精细化研究小流向角及流速对系泊船舶的作用力影响规律,基于物理模型试验,研究流速为1. 0、1. 5、2. 0 m/s,流向角θ为0°～15°的条件时30万吨级油船的船舶水流力的变化规律。结果表明,纵向力和横向力均随着流速的增大而增大;当流向角θ为0°～15°时,纵向水流力与使用规范公式的计算结果吻合较好,横向水流力的试验结果约为计算值的2倍。