环量控制舵翼性能试验研究

本文将航空界提出的环量控制概念应用于船舵，按ＮＡＣＡ００１５翼型截尾后连接一个半圆柱的外型，制作一种尾缘喷流的环量控制舵模型，试验表明，加入喷流后，各攻角下的升力系数都有显著增加，为了减少这种舵翼的三维效应，进一步提高舵的性能，又在模型的中间和两端分别装上了隔流板。试验结果显示，隔流板的加入，使该舵性能在不同程度上得到改善。     

基于DES方法的三维圆柱受迫振动数值模拟

基于OpenFOAM平台对雷诺数3900下的三维固定圆柱绕流和雷诺数30000下的三维圆柱受迫振动进行数值模拟,对湍流的模拟采用SA-DDES离散涡模型.针对三维圆柱绕流问题,采用PISO算法耦合求解速度-压力场,对圆柱绕流的基础参数如St数、平均阻力系数和平均升力系数等与试验进行了比较,结果吻合良好.针对三维圆柱受迫振动问题,采用PIMPLE算法耦合求解速度-压力场,对不同频率下振幅比为0.3的阻力系数、尾涡形态进行了计算,阻力平均系数与实验值相比吻合较好.     

喷流舵水动力试验研究

本文介绍了喷流舵模型及试验装置的设计,给出了试验数据处理及表达方法.文中三种喷口位置对比试验结果表明,尾侧喷口具有更高的升力系数,在Cμ=0.20时,为常规舵的1.693～4.490倍,可望满足减纵摇高升系数的技术要求.     

有限深度均匀水流中圆柱横向阻力影响特性

为解决规则圆柱桩群阻力计算问题,以指导涉及规则圆柱桩群的物理模型试验和数值模拟计算等工作,在归纳总结已有研究成果的基础上,通过先进的数显式测力设备和较为准确的悬浮测力法,对有限深度均匀水流中多圆柱横向等间距不同方式的排列桩群进行了阻力测试研究,得出了有限深度均匀水流中圆柱横向阻力影响特性规律,并归纳总结出了圆柱横向阻力影响系数的经验公式。通过大量的测试试验数据证实了这些研究规律的准确性、有效性及实用性,对工程实践具有参考价值。     

振动半圆柱尾流中的二维摆动水翼推进性能研究

文章研究了粘性流场中半圆柱振动产生的旋涡对二维摆动水翼推进性能的影响。利用数值方法计算了振动半圆柱尾流中二维摆动水翼的水动力性能。计算结果表明,半圆柱涡和水翼涡之间存在4种相互作用模式。相反旋向的半圆柱涡和水翼涡相互作用时,摆动水翼的平均推力系数最大。相同旋向的半圆柱涡和水翼首缘涡相互作用并且最终融入到水翼尾缘涡时,摆动水翼能够从半圆柱涡中吸收能量。     

水流流向对圆柱群阻力特性影响研究

为解决工程实际中桩群码头的水流绕流阻力计算问题,以指导涉及桩群的物理模型试验和数值模拟计算等工作,在归纳总结已有的研究成果的基础上,通过先进的数显式测力设备和悬浮测力法对有限深度均匀水流中,不同水流流向对圆柱群绕流阻力影响的测试研究,得出迎流角对圆柱桩群阻力的影响规律,并得出圆柱桩群阻力的迎流角影响系数和其经验公式,并进一步归纳总结出迎流角度为θ的矩形排列圆柱桩群的总阻力计算经验公式;并通过试验测试得到了良好的验证,证实了这些研究规律和公式的正确性和可靠性.该研究成果进一步完善和发展了有限深度均匀水流中,水流流向对圆柱群绕流阻力影响特性规律,并指出该研究的工程意义与价值.     

重力相似体系下串列双圆柱风速比尺修正系数的试验研究

在模拟风荷载的试验过程中,风速比尺的确定是一项必不可少的工作。串列圆柱群在现实的海洋建筑物中属于比较常见的构件群。所以本试验对不同工况下的串列等直径双圆柱进行了试验,研究了间距比和模型风速对受扰圆柱阻力系数干扰因子的影响。基于干扰下原型的理论阻力,分析了间距比、原型风速和几何比尺对风速比尺修正系数k的影响。试验结果表明:风速比尺修正系数与间距比、原型速度和几何比尺三个因素联合相关;受扰圆柱作为后柱时,干扰下的k值比单圆柱时大,间距比对k的影响没有明显规律,但干扰效应对k值的影响不可忽略。当λ_L=20~100时,不同的间距比下,风速比尺可不修正的原型风速和几何比尺取值有所不同。     

考虑流固耦合效应的圆柱尾板流场控制效果比较研究

基于流固耦合方法对分隔板圆柱绕流进行数值模拟研究,分析了雷诺数Re=200时,分隔板长度(D≤L≤3D,D为圆柱直径)对圆柱受力和周围流场的影响。结果表明：分隔板长度L≥2D时,考虑流固耦合后柔性分隔板圆柱的升力系数大于刚性分隔板圆柱,且随板长增加升力系数不断提升,阻力系数也相应增大;柔性分隔板尾缘流场受自由端上下摆动影响,未出现小尺度旋涡,同时分隔板上、下表面均出现旋涡。此外,流固耦合条件下尾缘旋涡结构模式将发生变化,刚性分隔板圆柱尾迹旋涡为2P型,柔性则为2S型;随分隔板长度增加,柔性分隔板自由端发生偏转,增加了对流场的额外扰动,分离流的旋转特性受到抑制,斯特努哈尔数(Strouhal, St)均小于刚性分隔板(除分隔板L=2D外),同时脱落涡的涡强及脱落频率均有所降低。     

肥大船系列试验

本文对肥大船系列试验的母型选择、系列设计、试验分析的全过程作了简要的叙述。本系列重点是C_B=0.825,LCB=2.5％ L_(BP)进行变尺度系列试验,并对系列母型进行变C_B及变LCB的试验。系列尺度比范围尽可能包括适合我国近期需要建造的大型油轮和矿砂船并兼顾今后的发展趋向。系列的母型是通过15条船模阻力试验、5条船模自航试验及三种尾型伴流测量结果综合分析确定的,其阻力、推进性能都是较佳的。最后结果给出了一套0.800～0.850方形系数船型图谱和0.825方形系数阻力图谱。此外还给出了变C_B及变LCB的阻力修正图谱。阻力图谱包括满载平浮及二种压载尾纵倾状态。在系列范围内不仅可以迅速获得具有任何尺度、方形系数和浮心位置的系列船型和阻力值,而且还能使设计者具体掌握各种因素对阻力性能的影响,为设计和改进线型提供依据。     

Magnus效应旋转圆柱水动力性能分析

为研究Magnus效应旋转圆柱水动力性能，采用大涡模拟（LES）模型对Magnus效应旋转圆柱进行数值模拟，分析旋转圆柱的长径比、转速比、雷诺数对其升力及三维流场的影响，模拟旋转圆柱升阻力变化趋势和尾部流场涡的脱落过程。结果表明：当转速比大于1.5时，旋转圆柱的升阻比随长径比一直增加；升阻比随转速比的变化规律是以1.7为界先升后降；旋转圆柱脱落的旋涡轨迹与来流形成一定的夹角，且角度会随转速比逐渐增大；当转速比大于1.75时，卡门涡街消失，旋转圆柱尾涡长度逐渐缩短，最终只有圆柱上表面发生涡旋脱落，下表面的涡不再脱落，附着在圆柱表面；雷诺数会改变旋转圆柱尾部流场，使升阻比先增加，达到峰值后以相反趋势下降。     

后置定子泵喷推进器压力脉动特性分析

基于改进的延迟分离涡模型对后置定子泵喷推进器瞬态流场进行数值模拟,所得推力计算值与试验值最大误差为4.68%,验证数值模拟的可靠性。分析泵喷推进器近流场压力脉动时频域特性,研究多工况下后置定子表面压力系数、声压脉动时均值的分布规律。结果表明,泵喷推进器内压力脉动主要受转子影响,脉动周期与转子旋转周期一致,频域峰值出现在低频段且均为转子叶片通过频率的整数倍;后置定子平衡转子扭矩的做功区集中在定子前缘,并沿弦向贡献逐渐降低,尾缘约1.8%定子弦长位置对平衡扭矩近乎无贡献;前缘是定子噪声的主要贡献源,在高进速系数下,尾缘表现为定子噪声的次要贡献源,随着进速系数的降低,尾缘对定子噪声贡献逐渐降低。     

带小圆管圆柱振荡流中流体动力系数试验研究

本试验利用摆动装置进行了带小圆管圆柱的流体动力系数的测量研究。首先用光体圆柱作为校核模型进行试验,将结果与已有资料进行比较,以确定试验方法可行。然后对圆柱带一根、二根和三根小圆管进行了系列测量试验,得到了一批数据,可供有关设计工作使用。     

水槽布置方式对水润滑轴承摩擦性能的影响

为研究水槽布置方式对高分子材料水润滑轴承摩擦系数和进出水口温差的影响,以自来水为润滑介质,在尾轴承台架试验机上进行试验,测定全开槽结构与半开槽结构轴承在不同工况下的摩擦系数和进出水口温差,并对试验结果进行双因素有交互作用的方差分析。结果表明:相比全开槽结构轴承,在同一工况下,半开槽结构轴承的摩擦系数和进出水口温差更小;轴承水槽布置方式由全开槽变为半开槽时,转速、负荷及其交互作用对摩擦系数影响的显著程度会增加,对进出水口温差影响的显著程度会降低。     

高雷诺数下加装导流板的圆柱绕流数值模拟

长圆柱结构在水流冲击和波浪作用下,后端不断产生周期性的漩涡脱落,其诱发的涡激振动会引起结构疲劳损伤,从而破坏结构。在圆柱结构迎流区和尾迹区加装导流板之后,通过阻碍上下剪切层动量交换,延迟边界层分离,从而有效抑制圆柱涡激振动现象。利用数值模拟研究了二维加装导流板的圆柱受力特性。采用k-ω湍流模型,对高雷诺数流动状态(Re=10~6)下的二维导流圆柱在不同迎流速度、及不同迎流角度下所受阻力和升力进行了计算。     

高速双体船船型及降阻措施

本文根据三条不同船型高速双体船模型的试验结果，讨论了船型及片体间距对阻力的影响。同时，为了降阻目的，还进行了安装尾压浪板、消波水翼以及首压浪条等模型试验。试验结果表明：这些措施只要恰当地应用，将是有收效的。     

预报现代高速排水型船舶阻力性能的新型方尾图谱

本文根据多艘同类方尾船型与阻力实验资料,对原苏联"方尾图谱"进行了重分析,并对其高速范围的阻力进行了修正,并将速度范围由Fr=0.3～0.7扩展到Fr=0.3～1.0,长度排水量系数ψ由7.0～8.5扩展到5.0～10.重分析后新的方尾图谱可用于高速双体船的阻力估算.同时将新方尾图谱与高恩螺旋桨图谱的数据均转换成电子图表数据,直接应用Microsoft Excel进行现代高速(单体或双体)船舶的快速性计算.根据输入的主尺度和船型系数,自动对新方尾图谱的电子阻力数据进行查值和主要影响系数的修正计算,粘性影响修正与粘性阻力计算,以及确定高速单体船或高速双体船的总阻力与有效功率曲线.实际算例与船模试验结果比较表明,本方法便于进行不同尺度方案的阻力性能比较,是一种实用、高效、灵活、便捷与可靠的计算方法.     

尾压浪板对高速艇阻力性能的影响

在高速艇上采用尾压浪板后,对减少艇体阻力常会得到较满意的结果。本文主要介绍上海交通大学船模试验池的有关试验结果,并分析了尾压浪板对艇体阻力的影响。得出以下几点结论:(1)排水量长度系数 C_D=D/((L/10)~3)是影响压浪板减阻效果的主要参数,当C_D>2.0,采用尾压浪板一般可收到减阻效果。(2)在 C_D≥2.0的范围内,高速排水量艇采用压浪板后所能得到的阻力收益大体可按下式进行估算:(ΔR_T)/(R_T)(%)=1.6 1.45C_D(3)尾压浪板的长度以船长的1～2%为宜。     

假尾对船舶快速性的影响

通过船模试验探讨了假尾对阻力、推进要素的影响，得出为减小船舶阻力而设计的假尾，同样对船舶的推进要素明显的影响的结论。     

凹坑表面圆柱的尾流特性

为了阐明凹坑表面圆柱后流特性，采用粒子图像测速技术（PIV）对凹坑表面圆柱后流流场进行了测量，同时利用本征正交分解法（POD）对凹坑圆柱流场进行分解。在试验雷诺数为1.17×10⁴时，研究光滑圆柱及凹坑表面圆柱尾流的时均速度场、POD模态能量分布、POD模态系数以及POD模态系数的相关性。结果表明：凹坑表面能够产生涡垫效应；凹坑表面圆柱的模态1和模态2所包含的能量低于光滑圆柱，旋涡脱落过程被影响，涡街的形成延迟，但是凹坑圆柱的旋涡脱落频率略大于光滑圆柱。此外，凹坑表面圆柱的POD模态系数的相关性特征被破坏。凹坑圆柱的POD模态系数的相关性，说明凹坑结构削弱了涡脱落过程。凹坑圆柱的能量分布相对分散。     

非流线型水下航行体阻力测量试验中的几个问题

在高速水洞内,进行了某水下航行体模型自然状态和通气产生超空泡状态下的阻力试验,并针对实验中的尾撑影响、阻力成分和尺度效应问题,用数值模拟方法进行了分析.结果表明,自然状态下非流线型航行体的阻力比流线型的增加很多,压差阻力为主要成分;通气形成超空泡后可以大大降低航行体的阻力;尾撑使得阻力测量值偏大;自然状态下航行体原型比模型的阻力系数小,通气后二者基本相同.