翼型尾流场湍流特征的水筒PIV测试分析研究

翼型尾流场是一个典型的湍流场.文章在CSSRC空泡水筒中采用PIV技术对翼型尾流场进行了大子样试验测量,获得翼型尾流场的时均速度、雷诺应力、脉动速度均方根、湍流强度和平均涡量等统计特征量,并将试验结果与美国Notre Dame大学风洞试验结果作了比较,吻合较好.文中还利用PIV测量瞬时速度场计算了脉动速度空间相关系数和湍流积分尺度,分析了翼型尾流场湍流积分尺度与湍流强度的分布特征及湍流演化规律.     

大型海上风电机组整机涡激仿真

随着海上风电机组朝着大型化发展,塔筒高度和叶片长度都显著增加,并且海洋风比陆地风的湍流度更小,这些因素使得大型海上风电机组在吊装或停机状态下频繁出现涡激振动现象。涡激振动增大了风电机组发生强度失效以及疲劳寿命降低的风险。为研究大型海上风电机组整机涡激振动的机理,文章采用仿真方法对某大型海上机组实际发生的涡激振动现象进行复现和分析：首先对风电机组进行流场分析,然后提取流场分析得到的时序载荷,施加到风电机组有限元模型上,进行瞬态分析,从而实现流固耦合仿真。仿真结果表明：风电机组的涡激振动是一种流固耦合现象,主要原因是,在特定风况条件下,气流在塔筒和叶片的壁面处形成周期性脱落的漩涡,对壁面产生周期性的反向载荷。当载荷频率与机组振动的固有频率接近时,使机组发生共振。文章通过仿真方法揭示了大型海上风电机组发生涡激振动的机理,对提出风电机组涡激振动防治策略具有参考意义。     

基于潜艇模型尾流湍流强度和耗散率的CFD模拟

优良的隐身性能使得潜艇具有强大的突防能力,因此,控制潜艇尾流信号特征对于提高潜艇隐身性能意义重大,这些信号特征主要包括尾部湍流强度、湍动能、湍流耗散率等。同时,优良的艇型对于抑制尾流信号特征、提高潜艇快速性和隐身性也具有重要意义。基于此,采用RANS方法计算SUBOFF潜艇主艇体艇型及6种改良艇型的艇体粘性绕流,将CFD方法用于分析艇体半径、艇艏长度、艇艉长度等参数对潜艇尾流信号特征的影响。计算结果显示：在SUBOFF潜艇主艇体艇型及其6种改良艇型的尾流场中,增加艇体半径有利于抑制远尾流场湍流信号特征,在近场则不利;增加艇艏长度能降低近尾流场湍流信号特征,在远场影响较小;增加艇艉长度在近、远尾流场均有利于降低其信号特征。     

基于POD和DMD的60°交叉管绕流分析

本文利用本征正交分解（Proper Orthogonal Decomposition,POD）和动力学模态分解（Dynamic Mode Decomposition,DMD）分析雷诺数Re=200时三维60°交叉管在间隙比G=4下的涡量数据,并探究尾涡的演变规律。分析结果表明：尾流场中的涡流尺度及重要程度随频率增加而减小,少数低频模态便可主导大尺度流动现象,而高频模态主要丰富尾流场中的小尺度湍流细节;上下游圆柱的涡结构以0.19 Hz的频率从两圆柱脱落,并在相同的频率下以平行形态向下游演变;上游圆柱脱落涡与下游圆柱的相互作用导致下游圆柱涡激振动明显,并产生多个高频升力频谱峰值。     

船体板格设计中的水弹性研究

水面舰船和潜艇的板格以及所有其他结构构件在航行中会产生振动。振动主要是由动力装置激励而产生的。在巡航或设计航速航行时，各以其基频以及与高阶谐振频率相关的模态产生振动。板格运动具有确切定义的能量谱，它取决于结构设计板格位置以及单个或多个动力装置的转速。板格运动将与邻近的湍流边界层中的涡流相互干扰，这种相互作用能导致摩擦阻力的增加或减少，为此，对板格及其支撑系统中的设计是否应考虑水弹性的影响展开了讨论     

变张力细长柔性立管涡激振动响应特性数值研究

基于尾流振子模型，对轴向时变张力下细长柔性立管涡激振动响应特性进行数值研究。研究考虑三种不同的流剖面：线性剪切、指数剪切、以及真实阶梯流剖面；采用二阶中心差分方法求解结构振动和尾流振子的耦合方程；系统地比较三种不同流剖面下结构的振动位移、振动频率、位移包络线，以及位移时空演化等VIV响应特性。数值结果表明，线性剪切流下VIV振动位移和振动频率均与真实阶梯流下位移和频率存在很大差别，指数剪切流下VIV振动位移与真实阶梯流下情况非常接近，但指数剪切流下VIV振动频率与真实阶梯流下频率仍有较大差别。     

汽轮给水泵机组振动频率特性分析

对汽轮给水泵机组进行振动测试，分析其振动频率特性，有以下结论：泵机叶频、倍叶频以及汽轮机转子叶频较为明显；机组振级在较低频段内和在中、高频段内较大，且在较高频段内呈现随着频率增大而增大的趋势；机组公共机架处的振动，水泵比汽轮机贡献要大；水泵出口处的振动对机组公共机架有较大影响。通过利用浮筏隔振效果估算该型设备对舰艇辐射噪声贡献较大的频率。根据分析结果，提出了如何降低水泵的叶频以及叶频相关频率、汽轮机的叶频，以及机组振动中高频连续谱成分的改进建议。     

尾流干涉下考虑流固耦合作用的海洋立管涡激振动的数值模拟

利用Fluent软件,运用动网格技术及用户自定义接口编程,通过求解N-S方程、RNG湍流模型以及结构动力学模型实现流固耦合,对串联间距为4D的等径立管进行数值模拟,分析在尾流干涉下立管的涡激振动。基于数值模拟结果分析:串联间距为4D时上下游立管都有漩涡脱落;下游立管在尾流干涉下,考虑流固耦合时相比固定立管时所受升力增大,立管振动有"失谐",涡激振动到达"锁定"状态以及之后的一段约化速度范围内,升力系数呈现多频现象,且有一个频率总是接近立管固有频率,随着约化速度增大,涡激振动远离"锁定"状态多频现象逐渐减弱,同时升力系数幅值周期性变化,下游立管剧烈振动使其自身尾流区出现"断层"。     

基于DES的舰船空气尾流场特性分析

舰船上层建筑后方产生湍流尾流场会对舰载直升机的操纵产生严重威胁。采用CFD方法对舰船空气尾流场的特性进行分析研究,突破了雷诺时均方法的局限性,使用分离涡模拟(DES)方法求解瞬态舰船尾流场,按照一定频率采样流场数据,得出的平均流场明显比RANS方法的结果更贴近实验数据,证明了此方法的有效性。同时,运用DES方法直观地观察尾流场的涡特性、流动分离和再附着等特征,发现涡结构及其不对称性是舰船空气尾流场的主要特征,涡强度在烟囱处突然增强,可能对直升机的操纵产生不利影响。     

附属分离盘抑制圆柱涡激振动的数值模拟

基于动网格技术,编写UDF程序计算附属不同长度分离盘的圆柱双自由度涡激振动,并借助FLUENT软件模拟计算其周围流场。通过模拟计算不同长度附属分离盘的圆柱涡激振动,系统地对比分析其所受升阻力系数、振动响应、尾流涡形态、运动轨迹和频率特征等方面内容,并总结其一般规律。分析发现,添加合适长度的分离盘可以大大降低涡泄频率,有助于避开“锁定”区域,降低涡激振动的响应,同时还应该注意附属分离盘带来的多频和宽频振动特征。该数值模拟方法也为附属抑制装置的立管涡激振动数值模拟奠定了基础。降低,当约化速度Ur=5.5附近,分离盘长度越长,升阻力系数与振动响应越小。（2）添加附属分离盘后,裸圆柱所对应的双排尾流涡将变为单排尾流涡;随着分离盘长度增大,涡泄的位置往后推移,与此同时,分离盘的两侧逐渐出现一组次漩涡（分离盘上产生的漩涡）;分离盘长度L=0.5D时,因其未能完全阻隔上下两侧漩涡的相互作用,并将一侧漩涡切分为二,与另一侧漩涡在尾流形成2P形态的涡。（3）附属分离盘长度的增加使得圆柱振动范围不断缩小,但会造成多频的振动特征,而且还有效地改变来流向响应与横向响应的相位角。（4）添加附属分离盘后,一方面圆柱阻力的主频率明显降低,而且主频率所对应的功率谱密度也明显降低,说明分离盘能降低来流向的振动频率与振动强度,但会造成附属分离盘的圆柱阻力表现为多频、宽频的振动特征;另一方面添加附属分离盘的圆柱升力频率明显降低,但同样会造成多频和宽频的振动特征。总的来说,添加合适长度的分离盘可以大大降低涡泄频率,有助于避开“锁定”区域,降低涡激振动的响应,同时还应该注意附属分离盘带来的多频和宽频振动特征。本文的数值模拟方法也为附属抑制装置的立管涡激振动数值模拟奠定基础。     

圆柱后梁结构振动对尾涡发放特征影响的研究

采用分离式双向流固耦合分析方法,对刚性圆柱-弹性梁结构的涡激振动现象进行数值模拟。结构承受的流体载荷用CFD方法计算,弹性梁结构的振动响应用有限元方法求解。基于Ansys Workbench平台的System Coupling模块实现数据传递,完成耦合计算。通过与绕流刚性梁尾涡的发放特征进行比对,分析结构振动对尾涡发放的影响。研究结果表明,振动对尾涡场结构以及尾涡发放频率有较大影响。与绕流刚体相比,弹性梁自由端的振动使得附连流体的运动状态发生改变,导致尾涡形成区长度变短,宽度增加,速度亏损增加。弹性梁结构自由端附近尾流场涡旋中心的强度高于刚体结构的尾涡强度,但其空间衰减梯度较大,使得远场涡强较低。     

机翼湍流尾流Tr-PIV测量分析

采用Tr-PIV(Time-resolved Particle Image Velocimetry)技术对机翼湍流尾流场的非定常现象进行了测量分析。试验获得了流场瞬时速度场的基本结构演化、流场的湍流强度分布、涡量场、雷诺应力场以及湍流空间相关系数;通过功率谱分析对速度场进行了相位分解,获取了相位平均下的湍流积分尺度。基于泰勒冻结假设及采用以时代空的方法获得了湍流时间积分尺度,同时直接采用速度场空间相关方法获得湍流空间积分尺度,并对二者作了比较分析,讨论了该假设的适用性。     

汽轮给水泵机组振动频率特性分析

对汽轮给水泵机组进行振动测试,分析其振动频率特性,有以下结论:泵机叶频、倍叶频以及汽轮机转子叶频较为明显;机组振级在较低频段内和在中、高频段内较大,且在较高频段内呈现随着频率增大而增大的趋势;机组公共机架处的振动,水泵比汽轮机贡献要大;水泵出口处的振动对机组公共机架有较大影响.通过利用浮筏隔振效果估算该型设备对舰艇辐射噪声贡献较大的频率.根据分析结果,提出了如何降低水泵的叶频以及叶频相关频率、汽轮机的叶频,以及机组振动中高频连续谱成分的改进建议.     

某型离心水泵振动特性分析

对某型离心泵机组进行振动测试，在测试数据基础上研究机组振动与截止阀开度之间的关系，发现截止阀50％开度时，该型离心泵的振动最小。分析机组的振动特征频率及其幅值随着截止阀开度变化的情况，指出离心泵振动所引发的舰艇辐射噪声贡献最大的特征频率。提出如何降低该型离心泵轴频、倍轴频以及如何减小泵内压力脉动和冲击的建议。     

化学药剂产生气泡幕模拟舰船尾流分析

介绍了如何利用化学药剂与水反应生成气泡幕模拟舰船尾流。只有当模拟尾流的声强度和真实舰船尾流的声强度相同或者相近时才有可能成功对抗尾流自导鱼雷,而模拟尾流的声强度和单位体积气泡含量相关。本文从气泡幕单位体积气泡含量和气体含量以及所需化学药剂量三个方面对此方法进行了分析。     

水下航行体热尾流浮升数值预报方法研究

水下航行体在航行过程中排放的热尾流在一定的条件下能浮升至水面,形成明显不同于背景水体的红外特征。论文基于来流法,应用不同湍流模型对水下航行体热尾流浮升过程进行数值预报,分析湍流模型对热尾流浮升及其水面特征的影响,并与试验进行比较,建立了水下航行体热尾流浮升的数值预报方法。     

不同深度V沟槽结构的圆柱绕流减阻机理

在圆柱表面布置不同深度的V形沟槽,采用k-ω/SST湍流模型进行数值计算,研究其减阻效果,分析圆柱表面的升力系数、阻力系数、速度分布及尾流漩涡脱落状态.结果 表明,与光滑圆柱表面相比,V形沟槽深度为0.04D的减阻效果最好,阻力系数相对于光滑圆柱表面减小了34.4％.当沟槽深度为0.04D时,升力系数的均方差最小,相对于光滑圆柱表面减小了16％;随着沟槽深的增加,St先增大后减小,当沟槽深为0.04D或0.05D时,漩涡脱落频率发生明显变化;当沟槽深度为0.04D时,圆柱前后速度差最小.随着槽深的增加,尾流漩涡表现出强度减小数量增多的趋势,当槽深为0.05D时,漩涡脱落呈双稳态.     

汽轮发电机组半频振动的原因分析和处理

为解决汽轮发电机组出现的半频振动问题,针对汽轮机轴承开展不同轴承结构参数及形式的理论计算和试验验证,发现轴承并不是引发半频振动的直接因素。通过进一步开展试验,发现引发机组半频振动的主要原因是主油泵前后的浮动油封浮动不畅对汽轮机转子产生了附加力。经过综合分析可知,通过增加油封环室刚性和减少浮动油封摩擦力,能消除半频振动现象,保证机组的可靠运行。     

紊流场中水翼的涡激振动分析

本文提出一种新的置于船尾流中水翼涡激振动的数值模拟方法,以湍流粘性系数代替运动粘性系数,将Ｏｓｅｅｎ奇异子片分布在二维水翼型线上,取Ｏｓｅｅｎ奇异子边界元法解作为ＮＳ方程的迭代初值,这种方法使得Ｏｓｅｅｎ奇异子边界元法与水域有限差分法的组合行之有效。模拟计算解释了水翼处在尾流场中会因参数设置不当产生发散的或等幅的涡激振动,并被试验从定性上核证。     

数值模拟不同艉翼型式在相应位置的潜艇尾流场

本文通过改变艉翼的型式及布置位置，对SUBOFF潜艇模型的尾流场进行了数值模拟计算。采用k—ω湍流模型，经求解RANS方程分别得到十字形艉翼、X形艉翼及其不同布置位置下的尾流场分布。通过对计算结果的比较，分析了艉翼型式及布置位置对潜艇尾流场的影响。