舰载飞机发动机尾流场数值模拟

  目的   目前,美、俄两国航空母舰的挡焰板均采用海水冷却系统,虽然水冷效果较好,但存在管路复杂、维修和维护不便等问题。因此,  方法   借鉴涡轮叶片气膜冷却的方式,利用气体射流可以带走和隔离发动机高温尾喷流的特点,提出不依赖冷却水的射流冷却式挡焰板方案。对挡焰板上形成冷却气膜的射流槽位置和开孔数进行研究,运用CFD方法对采用不同射流孔方案的挡焰板温度等指标进行计算,并对其冷却效果进行对比分析,以验证该方案的可行性。  结果   结果表明,射流冷却方式可将挡焰板上95%表面核心区的平均温度降至可接受的范围。  结论   该隔热冷却方式效果显著,可有效实现对挡焰板的热防护。所提设计方案和数值分析方法对新型挡焰板方案及冷却方式设计具有一定的借鉴作用。     

不同偏转角对偏流板周围流场的影响

  目的  为研究战斗机在起飞或地面试车时偏流板的自身性能要求及其对周围流场的影响,以发动机典型轴对称收扩喷管和带折角的偏流板为研究对象,  方法  基于Fluent软件,针对喷管出口截面与不同偏流板转轴水平距离、偏流板不同偏转角和不同折角情况,对尾喷流后的偏流板前、后流场进行数值模拟,分析偏流板表面热力学参数及其周围流场的分布。  结果  结果表明,偏流板与喷管出口的水平距离越远,偏转角越小,偏流板上的压力与温度就越小;而水平距离越远,偏转角越大,偏流板周围流场速度与温度越低,折角能有效加强偏流板对尾喷流的控制导向作用,增加偏流板后方的安全区域。  结论  计算结果对偏流板的研究和设计具有一定的指导意义。     

复合材料螺旋桨尾流场的数值模拟

为了分析复合材料螺旋桨的变形对桨后尾流场分布的影响,利用商业软件FLUENT和ANSYS有限元建立了一种流固耦合方法,基于此方法分析了桨叶变形对螺旋桨压力分布以及尾流场分布的影响。研究结果表明,变形后桨叶两侧压差增大;在螺旋桨尾流场中,变形对各速度分量周向分布的影响随半径增大而增大;在0.9R(R为螺旋桨半径)处,切向速度在变形后减小约30%,轴向诱导速度减小约20%,径向速度增值在0.1m/s内。变形后轴向速度低速度区域增大,径向速度正速度区域增大,叶根处切向速度增大,叶稍处切向速度减小。     

带附体潜艇尾流场的数值模拟与验证

对美国DARPA潜艇模型SUBOFF尾流场进行了数值模拟,采用湍流模型k-ε、k-ω与壁面函数相结合,直接求解RANS方程,并将计算结果与试验结果进行了比较分析,验证了数值方法的可靠性。在此基础上将SUBOFF模型改变为“X”型尾翼,对其尾流场进行了数值模拟分析。     

甲板风对舰船空气尾流影响的数值研究

利用CFD仿真方法对不同甲板风风速和风向角条件下的SFS2、LHA-1及CVN-73空气尾流场进行数值模拟。研究表明,舰船空气尾流场随甲板风风速的变化符合雷诺数独立性原则,这一规律表明,对于感兴趣的风向角,只需要计算一个风速即可,因此可有效减少舰船空气尾流场研究中的工作量。但是,随着风向角的变化,舰船空气尾流场会发生剧烈改变,对于感兴趣的风向角工况必须逐一进行计算。对比分析结果显示,算例中0°~15°的风向角范围是适合舰载直升机起降操作的较理想风向角。研究结果明确了甲板风对舰船空气尾流场特性的影响,可为后续舰船空气尾流场的研究提供参考,为直升机安全操作包线的制定和固定翼飞机的安全着舰提供理论依据。     

舰船气泡尾流特性的数值模拟和实验研究

文章基于N-S方程,并结合两相流的相关模型,数值模拟了双桨实船气泡尾流。通过海水中气体含量的变化情况,分析了尾流气泡产生、增大、破碎和消失等过程。得到了近场扩散区和远场尾流区中含气量的空间、时间分布特性。研究结果表明,近场尾流区中海水含气量基本以乘幂格式衰减,而在远场尾流区,则与指数衰减格式符合得较好。用光学的方法模拟测量了舰船尾流的衰减规律,实验结果与文中的理论数值结果一致。     

带附体潜艇尾流场的数值模拟与验证

  目的  为了更好地开展潜艇的概念设计、优化水动力布局及改善螺旋桨进流质量,  方法  基于STAR-CCM+仿真软件,针对主艇体、附体（指挥室围壳、尾操纵面）的不同位置处的壁面压力和摩擦力以及尾部桨盘面处的伴流场,对SUBOFF AFF-8潜艇模型水动力特性进行数值模拟,将无量纲化处理后的计算结果（压力系数、摩擦力系数）与实验数据进行对比。结合SST k-ω湍流模型,对比RANS,URANS和DES方法求解的结果,并利用艇体附近涡量图和尾部速度等值线分析计算结果产生差异的原因。  结果  结果表明,采用RANS方法可以同时较好地解决艇体水动力和尾流场的问题,且性价比较高;采用DES方法分析流场网格尺度控制很重要。  结论  采用RANS方法并结合SST k-ω湍流模型可较好地指导潜艇的概念设计、水动力布局优化,为改善螺旋桨进流质量、降低辐射噪声等提供一种手段。     

简化护卫舰的尾流场优化研究

小型舰船在航行中,机库后方产生的不稳定回流区会影响舰载机在甲板上的作业。为了改善舰面流场,保障舰载机在甲板上的安全起降,基于改进的简化护卫舰外形（MSFS）,首先结合计算流体力学和人工神经网络方法,预测不同的机库长度L和宽度W对应的回流区大小,建立两种神经网络下的回流区响应面,然后在该响应面上使用粒子群算法得到优化的舰船结构。结果表明：回流区长度随着L和W的变化呈现出明显的非线性变化;与数值模拟结果相比,误差逆传播神经网络得到的回流区长度最大相对误差约为0.9%,径向基函数神经网络得到的最大相对误差约为2.2%;两种神经网络下得到的预测回流区响应面在整体上较为相似,且在两个预测响应面上优化得到的最小回流区长度都为1.93H,和数值模拟结果之间的相对误差约为0.5%。     

船体、定子与导管相互干扰尾流特性的数值模拟与试验验证研究

文章通过求解RANS方程,结合雷诺应力模型,数值模拟了水下航行体模型SubA在不带导管、定子与带导管、定子两种不同状态下的尾流三向速度场,分析了船体、定子与导管相互干扰尾流特性,数值模拟给出了模型尾部不同半径上的三向速度与伴流分数,并与试验结果进行了对比分析,两者结果吻合得很好,研究表明文中所使用的数值计算方法可以有效地模拟尾部三向速度场.通过对比发现,定子与导管对尾流场有阻滞作用,且相互干扰尾流特性相当复杂.同时利用数值模拟方法探讨了尾部去流段长径比对尾流场的影响,计算了两种不同长径比回转体模型的尾部去流段边界层速度分布,详细分析了尾部外法线上速度分布和边界层厚度随长径比的变化,指出该模型尾部去流段相对短粗肥胖,导致逆压梯度相对较大且变化剧烈,从而导致边界层增厚,速度相对降低,卷吸携带作用减弱,最终桨盘面轴向速度分布产生相应变化.     

带全附体潜艇尾流场的数值预报研究

本文在人工可压缩性方法得到的不可压缩守恒型Navier-Stokes方程的基础上,引入高精度的三阶基本无振荡格式（ENO）及通量分裂形式的LU分解方法,对某潜艇模型全附体的尾流场进行了数值模拟,取得与实验基本一致的结果。     

多孔式液压阻尼器在拦阻系统中的应用研究

以国外某型航母液压拦阻系统为研究对象,从其组成和工作原理出发,对多孔式液压阻尼油缸在拦阻系统的应用进行研究。根据液压系统传动理论建立液压拦阻系统数学模型,利用Matlab软件进行了动力学数值仿真。对比美军标MIL-STD-2066给出的MK7-3型拦阻器的阻尼特性,所采用的多孔式缓冲拦阻器可使飞机降落时所承受的最大拦阻力减少约10.9%,大幅度减少着舰时飞机和飞行员的负荷,提高了飞机降落的安全性。     

冷却液舱内水下气体射流的数值模拟

本文采用数值模拟方法,对高温高压饱和蒸汽通过管道,输送到船用冷却液舱内出现的射流现象进行了研究。基于VOF多相流模型和RNG湍流模型,建立气、液两相流动数学模型,利用Fluent模拟了气体通过管路喷射到液舱内的全过程,同时考虑了气、液两相间的相互转化,得到了液舱内及管路内流场压力变化特性。     

液舱旋转射流惰化模拟及优化

为探究气体惰化机理,提高惰化过程效率,对卧式椭球状LNG液舱的气体惰化过程进行数值模拟与优化。采用从椭球状液舱端部直流射流、旋转射流和混合射流的进气方式,分析气体射流流场结构和惰化效果,探究不同进气方式对惰化过程影响的机理,并提炼其惰化优化方案。结果表明：在进气流量一定时,旋转射流的惰化效果优于直流射流和混合射流,这是由于旋转射流会产生更大的进气扩张角,可大幅减少惰化死角的存在,有利于在储罐内部形成推移式惰化;旋转射流相对直流射流可节省40.4%氮气量和惰化时间,相对混合射流可节省26.2%氮气量和惰化时间。旋转射流优化方案可减少氮气耗量并节省惰化时间,提高惰化过程效率,具有较高的经济性,对于实际LNG液舱的气体惰化过程具有重要指导意义。     

船用废气涡轮增压器压气机内部流场数值研究

利用三维数值模拟技术对某型船用柴油机废气涡轮增压器压气机内部流场进行了数值分析,得到了额定转速下压气机内部流道气体流动情况。分析了压气机转子流道流场和径向扩压器流道流场,得到了主要气动参数分布。数值分析表明,在额定工况下离心叶轮内靠近叶轮出口处以及径向扩压器流道内流体均存在跨音速流动区域,同时在扩压器叶片吸力面下游位置存在低速涡流区域;压气机转子流道和扩压器流道的相互干扰及叶顶间隙的存在是导致压气机内部出现流动分离的主要原因。     

汽-水喷射器变工况工作特性的数值模拟

基于索克洛夫喷射器理论,对汽水喷射器的加热过程建立了数学模型,并编制了相应的计算程序,分析计算了工作蒸汽压力、引射水温度对喷射器结构参数设计的影响,以及喷射器运行时的最佳喷射系数与各参数的关系,提出了变工况运行的汽水喷射器的设计方法,为汽-水喷射器变工况的设计和运行提供了理论依据和分析方法.     

船舶涂装车间VOCs废气排除效果数值模拟

针对大型船舶涂装车间,建立用于两种不同通风方案和挥发性有机物（Volatile Organic Compounds,VOCs）废气扩散的数学模型。运用数值模拟方法,研究不同通风方案的气流速度场和气流压力场的分布特点及其对VOCs废气排除效果的影响规律。结果表明：侧进侧排（Side Intake and Side Discharge,SISD）式的原有通风方案导致车间VOCs废气不断向车间顶部累积,通风效率较低;而侧进底排顶部补风式的优化通风方案可有效提升车间湍流区域面积和风速,对VOCs废气排除效果作用显著。研究结果可为船舶涂装车间通风系统的优化设计提供参考依据。     

发动机排烟对海洋平台及周围环境影响的数值模拟

运用Fluent软件,基于组份输运模型,对陆丰13-2钻井生产平台上发动机排烟对海洋平台及周围环境影响进行数值模拟。分别对常风向正常工况及微风不利工况两种情况进行计算,结果表明:在常风向工况下,由于风速较高,烟气浓度分布及温度分布对平台及供应船不会造成安全影响;在微风不利工况下,不利于烟气扩散,烟气易沿下风向扩散的同时,还不断上升到工作平台区域及工作船的部分工作区域。提出排烟管出口应布置在工作甲板以下空间,以避免常风工况烟气通过平台空间扩散;通过分析烟气扩散影响因素,增设挡风墙等措施可以改变烟气扩散区域的流场,在排烟口处加喷水装置可降低排烟温度,有效地降低排烟的影响。分析结果为平台主电站布置及排烟管位置的设计提供参考依据。     

潜艇艏舵绕流场的数值模拟

为了研究艏水平舵位置对于艉部流场的影响,将艏水平舵布置在指挥室或主艇体上(分别称为围壳舵和艏舵)。通过对SUBOFF进行数值模拟计算,验证网格划分方式和数值计算方法的正确性,并将该方法应用于围壳舵和艏舵模型。计算结果表明,在采用较好的流线型指挥室的情况下,采用艏舵形式有利于艉部伴流场的均匀性。     

高速高温射流冲击传热特性的数值模拟

射流冲击传热作为一种有效的强化传热方法,射流冲击参数直接影响其传热效果.本文采用数值模拟方法对高速高温射流冲击的传热特性进行了研究,特别研究了喷嘴与冲击面间距离及喷嘴轴线和冲击面间的夹角对其传热特性的影响规律.研究结果对高速高温射流冲击传热特性的理论研究及工程应用都有非常重要的指导意义.