喷水推进器进口流道水动力性能分析

[目的]研究喷水推进器进口流道主参数对其性能的影响,为喷水推进器设计提供依据.[方法]基于STAR-CCM+商业软件,通过定常雷诺平均NS方程(RANS),数值模拟分析不同进速比(IVR)工况下喷水推进器进口流道轴线高度和进流角度对其水动力性能的影响,并根据国际拖曳水池会议(ITTC)的不确定度分析规程进行数值不确定度...     

020Q84喷水推进轴流泵内部三维流动的数值模拟

轴流泵作为喷水推进器的核心部件具有推进效率高、抗空化能力强、噪声低等优点.运用计算流体动力学CFD软件-FLUENT基于标准κ-ε紊流模型及SIMPLE算法对020Q84喷水推进轴流泵内部流场及其运行特性进行了三维数值模拟.在设计点附近,计算结果与实验结果吻合良好.通过对该泵内部流动速度、压力分布的分析,揭示了其内部流动的主要特征,为CFD技术在喷水推进轴流泵设计及性能改进中的应用提供了参考.     

船后喷水推进器水下辐射噪声源脉动流场的数值计算

为避免尺度效应对噪声性能的影响,文章研究探索了在实尺度条件下装船后喷水推进器噪声声源的数值计算方法。首先,基于分离涡模型对国外某喷水推进泵内部非定常流场进行了数值模拟,将计算得到的不同转速下泵的功率值与厂商提供数据进行对比,最大误差在2.0%以内,验证了数值计算方法的准确性和有效性。其次,完成了实尺度条件下某"船体+喷水推进泵+进水流道"系统带自由液面的非定常流场的数值计算。提取了实船条件下喷水推进器流道进口处的不均匀速度场,将其加载到单个喷水推进器数值计算模型的进口边界。进而,采用分离涡模型对该船后"喷水推进泵+进水流道"内部非定常流场脉动压力进行数值计算,分析了各个特征截面压力脉动的频域特性,为下一步准确计算喷水推进器噪声提供了有效的脉动流场信息。     

喷水推进流道格栅的涡激效应与结构强度

流道格棚是喷水推进系统的重要组成部分,文章应用Galerkin法对格栅结构在均匀流场中的涡激共振方程进行数值求解.对现有格栅结构进行了"频率锁定"涡激振动响应计算,分析了其断裂破坏原因;并对设计部门提出的改进格栅结构进行了涡激动态响应预报.通过对两种结构动态响应比较,为优化设计格栅结构提供了参考依据.     

基于CFD的无轴喷水推进器水动力性能分析

喷水推进器以其优良的机动性、抗空化能力和低噪声等优点,在中、高速船艇上有着广泛应用。从弯道出流均匀度、流动分离情况、压力分布情况以及功率转化率等4个方面,对比无轴和有轴2种喷水推进器的进水流道水动力学性能。通过建立整个流场的三维模型,并借助CFD软件进行水动力学对比分析。结果显示,在外形尺寸和运行工况相同条件下,无轴喷水推进器的叶轮转矩较有轴喷水推进器小6.9%,而喷嘴出口流量前者比后者高出15.93%,表明无轴喷水推进器流动损失更小、效率更高。进一步改变无轴喷水推进器不同纵倾角进行对比,发现随着纵倾角的增加,喷口流量水平分量先增加后减小,在纵倾角为20°时达到峰值。     

基于叶梢小翼的泵喷推进器梢隙涡控制方法数值研究

泵喷推进器转子叶片梢涡不仅会降低推进器空化性能,而且会引起较大的梢隙压力脉动和非定常激励力,从而降低推进器声学性能。因此,泵喷梢隙涡控制是提升推进器声学性能的有效途径。该文针对某前置定子泵喷推进器,提出基于叶梢翼的梢涡控制措施,并利用高精度数值仿真方法对比分析了抑制梢涡前后的泵喷推进器推进性能、流场结构、压力脉动等特性。研究结果表明：基于叶梢翼的转子梢涡控制方法可显著抑制泵喷梢涡发展和叶梢间隙压力脉动,并且对推进器的水动力性能影响较小,可为泵喷推进器声学优化提供参考。     

基于CFD的拖式吊舱推进器斜流状态下数值模拟

采用FLUENT软件计算了某拖式吊舱推进器在直航以及斜流状态下的水动力性能.采用滑移面网格方法以模拟桨叶、支架、以及舱体之间的非定常干扰.文中首先计算了直航时不同进速系数下的桨叶推力系数、扭矩系数,并与实验结果进行了对比.计算了在不同斜流角(15°、30°、45°)、不同载荷系数时桨叶本身的推力系数、扭矩系数、侧向力系数与直航时(0°)的比较.文中还讨论了支架、舱体在直航以及不同斜流角时的侧向力问题,并将其大小与桨叶本身产生的侧向力进行了比较,部分计算结果与已有的实验值进行了比较、分析.     

基于熵产理论的不同斜航角下的喷水推进器能量损失

为研究高速进流状态、不同斜航角下的喷水推进器内部流动损失特性,采用SSTk-ε湍流模型对喷水推进器内部流场进行定常计算,并根据熵产理论对不同斜航角下喷水推进器各部件的流动损失特性进行定量分析。研究结果表明,喷水推进器内部能量损失的主要来源是湍流耗散,其熵产比率最高可达91%。斜航角越大,喷水推进器内部流动损失越大,进水流道出口处流动的不均匀度越高,叶轮段高熵产区域越大,且分布不均匀;导叶段能量损失在各斜航角下均较大,导叶各流道轮毂处存在大量紊乱的流线,随着斜航角的增大,形成大面积的分离涡团。     

均流中PPTC螺旋桨梢涡空泡数值预报

文章采用Sauer空化模型,研究了网格类型和湍流模型对均流中螺旋桨梢涡空泡数值模拟的影响,研究表明,现有的空泡模型适合于螺旋桨梢涡空泡的数值模拟,其中梢涡空泡区域网格密度是关键,文中提出了一种合适的梢涡空泡区域网格加密方法.对PPTC螺旋桨全湿流和梢涡空泡进行了数值预报,螺旋桨梢涡空泡形态与试验结果进行了对比,并应用涡判据"Q准则"和"λ2准则"分析了梢涡与梢涡空泡的流动特征.全湿流中梢涡区域的涡量随周向的分布呈现单峰特性,最小涡量在涡心处,而空泡流中梢涡空泡区域的涡量随周向的分布呈现双峰特性,最小涡量不在涡心处.     

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。     

吊柱干涉作用下吊舱推进器的激振力特性

为了探究螺旋桨与吊柱干涉作用下的吊舱推进器激振力特性,采用延迟分离涡模拟方法,开展均匀来流下吊舱推进器非定常敞水数值模拟,获得0.60、0.82和1.00等3种进速系数下螺旋桨推力、扭矩及吊舱表面压力脉动特性。结果表明：均匀来流下受吊舱体作用,在吊柱前方产生局部高伴流区,使叶片周期性扫掠吊柱前方流场时发生叶面短暂压升,从而诱导轴向力及扭矩脉动,其特征频率主要为叶频;吊舱左右两侧表面压力脉动呈现非对称性,左侧与右侧对称测点压力差值为10%～20%;舱体前缘至后缘表面压力呈现先减后增趋势,主要特征频率为轴频及叶频;部分测点还捕捉到4倍轴频,可能与吊舱表面二次涡结构有关。     

实尺度喷水推进船拖泵工况数值模拟与分析

对于四泵推进的喷水推进船,在巡航工况时中间加速泵通常处于锁轴状态,其拖曳阻力的大小对喷水推进器的选型以及船泵机的最优匹配有着重要影响。然而,拖泵阻力很难通过船模试验的方法获得。为此,该研究在验证均匀和非均匀条件喷水推进器数值模型的准确性基础上,采用数值试验的方法对18节航速下某双泵推进喷水推进船的实尺度"船体+两台喷水推进器"系统带自由液面的流场进行了数值模拟,计算此时喷泵拖曳阻力及其所占船体阻力的百分比。以此喷泵拖曳阻力作为参考,对尺寸与上述喷水推进泵相近的某四泵推进喷水推进船的喷泵进行了选型和设计,并对该船在18节航速下加速泵拖曳阻力的大小进行了计算,进一步验证选型时拖曳阻力取值的合理性。为消除尺度效应的影响采用实尺度模型对"船体+四台喷水推进器"系统带自由液面的非定常流场进行计算,并探索了大尺度条件下船泵系统考虑自由液面和重力影响的非定常计算方法。     

自航条件下船泵耦合的喷水推进特性数值分析

为了研究喷水推进船航速及运动姿态对推进特性的影响,采用CFD方法,对不同航速和姿态下的一艘喷水推进三体船进行自航计算.研究发现,在不考虑姿态的变化时,随着喷水推进装置转速的提高,航速提高,喷水推进装置导叶通道内贴近吸力面一侧流动分离减轻,推进性能提高.当航速和转速不变,仅改变运动姿态时,随着艏倾的增大,喷水推进装置入口...     

定常径流条件下环胶州湾河流来沙数值模拟

胶州湾沿岸河流众多,这些河流每年都能携带大量泥沙进入胶州湾。本文利用三维的ECOMSED水动力-泥沙数值模型对定常径流和含沙量条件下12条河流对胶州湾的输沙进行了数值模拟,得到了胶州湾的余流分布、特征时刻胶州湾内泥沙浓度以及一个潮周期后胶州湾的冲淤分布。     

某船伸缩推进器安装应对结构变形影响的分析

为有效控制伸缩推进器围井结构因受力而变形的问题,以某平台供应船为研究对象,对其伸缩推进器围井结构强度进行分析,提出止推装置安装定位方案。首先,根据伸缩推进器本身的型式和尺寸确定其合适的固定和安装方式;其次,根据其推进力及力矩情况,结合船体基座的结构设计型式进行有限元分析计算,核实船体受力和对应的变形风险并做好调整;最后,结合有限元分析计算结果,核实围井环壁在受力弹性变形前后的数据变化,做好止推装置的定位分析和精度控制,使推进力有效地传递到船体,减少对推进器本体的影响。     

自由来流角度影响下壁面湍流脉动压力波数—频率谱的大涡模拟计算分析研究

壁面湍流脉动压力是重要的流噪声声源,对壁面湍流脉动压力及其波数—频率谱进行数值计算是流声耦合领域的重要课题。文章在已有工作的基础上,采用大涡模拟方法(LES)结合动态亚格子涡模型(DSL)与千万量级的精细网格,对不同自由来流角度影响下壁面湍流脉动压力及其波数—频率谱进行了数值计算与分析。首先,介绍了大涡模拟基本方法,包括:大涡模拟的物理内涵、基本方程以及所采用亚格子涡模型的表达式。其次,介绍了湍流脉动压力波数—频率谱及其计算与分析方法。再次,对不同自由来流角度情况下的湍流脉动压力及其波数—频率谱进行了计算,并将计算结果进行了比较分析,深入讨论了自由来流角度对湍流脉动压力及其波数—频率谱的影响。结果表明,在自由来流角度影响下,湍流脉动压力及其波数—频率谱主要参数(包括波数—频率谱的谱级峰值、迁移脊在波数—频率域内的分布范围、迁移速度和无量纲迁移速度等)均发生了明显变化,说明自由来流角度对湍流脉动压力波数—频率谱有显著影响,且边界层内湍流脉动压力的能量主要沿流向分布。因此,为了更加准确可靠地研究边界层内湍流脉动压力的主要统计特性及其波数—频率谱,传感器阵列或监测点阵列布置方向应与当地流向(局部剪应力线或摩擦力线)一致。     

不同来流条件下翼型积冰特性及其气动性能衰退规律数值模拟研究北大核心CSCD

[目的]旨在研究在寒冷环境下空气中大量存在的过冷水滴在船舶动力系统进气道中结冰对进气系统气动性能的影响。[方法]首先,以NACA 0012翼型为研究对象,对该翼型的气动性能进行数值计算,通过与实验值对比,验证所建立的模型和数值模拟方法的有效性;其次,采用拉格朗日法对过冷水滴的撞击特性进行数值模拟研究,采用用户自定义函数(UDF)对商业软件Fluent进行二次开发,对不同来流条件下该翼型的水收集系数进行数值模拟分析;最后,结合动网格技术和UDF自编程序对该翼型的结冰特性进行单向耦合的数值模拟研究,并分析结冰后的翼型气动性能。[结果]结果表明,来流攻角和水滴直径对水滴的撞击范围和及收集系数有较大影响,来流速度对水滴的撞击范围影响较小,但对水收集系数有一定影响。此外,在0°攻角条件下,翼型前缘积冰对其气动性能影响较小,但是,在5°攻角条件下,前缘积冰对其气动性能有严重影响。[结论]研究结果可为船舶动力系统进气道结冰预测分析以及后续防冰工作提供参考。     

一维激波结构的数值分析

建立了一维激波结构模型,对Burnett方程进行简化得到STNM方程,通过在均匀网格上采用二阶空间差分对无量纲化后的STNM方程进行数值计算,得到了激波内部参数变化剖面。以氩气为研究对象对一维激波结构进行数值分析计算。结果表明随着马赫数增大,omage数对于激波结构的影响增大,在相同omage数条件下,马赫数变化对激波内部参数变化的影响显著。     

临时开口船体结构强度数值分析

为了分析临时开口船体的结构强度,采用有限元方法建立典型舱段的数值模型,结合相关强度校核规范进行计算,结果表明开口的船体结构的抗弯、抗扭方面的安全性必须引起重视。通过分析得到开口参数对开口的结构强度的影响规律,对实际船体结构的临时开口具有重要的工程参考价值。