水流作用力垂向变化对块体抛放影响的综合研究

考虑块体在水体中的相对位置,综合研究了不同水深区域内水流作用力系数的变化关系。在自由水表面和河床壁面附近区域,应分别考虑水表面波动和边界层对垂线流速分布的影响,由平均流速计算得出的拖曳力系数与相对位置基本呈递增关系,而上举力系数递减;介于上述区域之间时,近似认为拖曳力系数和上举力系数不随相对位置变化。因此,在受力分析以计算石块或沙袋的抛掷位移时,应考虑水流流动作用力垂向不断变化的特点。     

基于三维浅水方程的刚性植被水流特性研究

河道中植被的存在会影响河道的过流和挟沙能力。为了研究植被对水流的作用,在已开发的准三维浅水波运动模型控制方程中加入了杆状植被阻力项,并在绕流拖曳力系数计算中考虑了刚性植被的遮蔽效应,同时引入前人提出的植被密度的概念。对改进后的模型利用前人的实验资料进行了验证。模型对植被范围以下和以上流速垂向分布模拟效果良好。利用水箱测定了植被影响下的水流流速,结果表明植被密度是影响阻力的主要因素,而植被的排列方式影响不大;数学模型模拟植被范围和以上的水流速度及紊动能量垂向分布结果与实测值符合较好。     

波浪作用下新型六角块体固沙效果试验研究

采用框格结构固土的生态护岸是护岸工程的新趋势,框格固土能力是生态护岸建设成败的关键一环。介绍多宫格块体这种新型的生态护岸六角块体,并通过室内水槽试验研究块体空腔内部泥沙在波浪作用后的侵蚀深度。试验结果表明:斜坡堤上多宫格块体内部泥沙侵蚀深度符合沿堤从上到下先增后减的规律,同时泥沙侵蚀深度会随波高的增大而增大,斜坡堤不同位置以及单个块体不同部位泥沙侵蚀深度不同,改变块体空腔内填充的泥沙类型会影响侵蚀深度但不影响斜坡堤上侵蚀的整体规律。相比于框格栅栏板,多宫格块体具有更好的固沙效果,可以为植物护岸提供良好的生长环境。     

不同截面形状对流致振动特性影响的试验分析

为了比较不同截面形状钝体的流致振动特性,找到适用海流能转换装置的柱体截面形式,在水槽中开展了不同折合速度下,相同质量比和相同特征长度的圆形、菱形、方形、梯形、类梯形、T字形6种不同截面形状钝体在水槽中的流致振动试验.试验结果表明：类梯形、梯形、T字形、方形截面获得的振幅响应较大,其振幅随着折合速度增加而不断增加,表现为驰振特征.发生驰振时,不同截面的振动频率却比较稳定,随折合速度的变化不大;棱形和圆形截面获得振幅响应较小,随着折合速度的增加而不断减小,表现为涡激振动下端分支特性,振动频率随着折合速度的增加而增大;6种截面的振幅响应从大到小依次为类梯形、梯形、T字形、方形、菱形、圆形.研究发现不同截面的振动响应大小主要跟截面在流场中分离点的位置、截面后沿部分面积占比及附加质量等因素有关.     

拖曳力对滑行艇航行性能影响的试验研究

为了研究滑行艇作为高速拖曳水面搭载平台的可行性,通过模型试验方法对滑行艇在静水和波浪中的阻力性能及航行姿态变化情况开展研究,分别在非拖曳与拖曳2种工况下进行试验。在静水条件下,研究了滑行艇在不同航速时的阻力及航态变化,讨论了拖曳力对航行性能的影响。在规则波条件下,对滑行艇在排水状态和滑行状态,以及不同波长、不同波高的情况下进行模型试验,讨论了拖曳力对阻力平均值、纵摇、垂荡以及首部加速度的影响程度。通过试验结果对比分析,总结了拖曳力对滑行艇阻力及航态的影响规律,并提出了滑行艇作为高速拖曳水面搭载平台时的建议。     

基于块体理论的岩质边坡锚固力求解程序研究

本文将块体理论与边坡锚固力求解相结合,运用VB与Matlab语言混合编程开发了基于图形用户界面的岩石边坡锚固力求解程序,实现了关键块体搜索和锚固力求解的智能化,以及块体的三维可视化,并通过对一个算例的分析,验证了该程序的可靠性。     

确定拖曳水池长度的方法

文章综述了拖曳水池的发展简史及其国内外主要拖曳水池的特点,对于影响拖曳水池长度相关问题进行了综合分析,提出了一种合理确定拖曳水池长度的方法及其公式。     

桩群绕流阻力物理模型试验测量技术研究

由于压强差的存在和桩群表面的摩擦力,水流流过桩群时将产生绕流阻力。对于单根桩的复杂水流条件下绕流阻力的理论分析尚待进一步研究,桩群的阻力计算更显复杂,限于理论计算桩群绕流阻力的复杂程度,桩群水流阻力数值模拟和物理模拟技术仍处在概化模拟阶段。为了通过实测数据辅助研究桩群阻力概化方法,依托物理模型技术、传感器发展水平、软硬件系统集成技术而提出一整套对桩群阻力测量技术的解决方案,并分析了测量结果的合理性。     

齿型构件混合堤正交丁坝水流力数值模拟

为研究长江南京以下12.5 m深水航道整治工程齿型构件混合堤正交丁坝水流力特性,采用RNG k-ε湍流模型,建立了三维水动力数学模型。通过实测流速、水位以及构件水流力数据进行模型验证,验证结果良好。利用该数学模型对齿型构件混合堤正交丁坝水流力随流速、水深与坝长的变化规律展开研究,对齿型构件混合堤正交丁坝水流力轴线分布规律进行探讨。     

基于CFD的两栖车辆阻力和浮态数值模拟

运用fluent软件,基于计算流体力学(CFD)理论知识,对两栖车辆水上行驶阻力和行驶浮态进行了数值模拟。重点介绍了混合网格的划分方法,对模拟结果和实验结果进行了对比分析。模拟结果和实验结果基本吻合,从而论证了用数值模拟方法对两栖车辆的水上性能模拟研究的可行性。     

动波壁圆柱流场的数值模拟与减阻机理

利用计算流体力学软件Fluent开展动波壁圆柱绕流的数值计算,建立二维运动波浪壁圆柱模型。在来流速度u=0.005 m/s、雷诺数Re=500的情况下,开展动波壁波动速度c=0,0.005,0.01,0.015,0.02,0.025,0.03,0.04 m/s等8个工况的计算分析,并比较不同波动速度对流场结构、升力、阻力特性的影响。结果表明:动波壁圆柱能有效抑制流动的分离,消除交替脱落的尾涡,减阻效果突出;随着波动速度的增大,平均阻力系数呈明显下降趋势;当波速超过0.025 m/s时,阻力变为负值,即波动圆柱产生一定的推力。     

螺栓预紧力对舰用汽缸力学特性的影响研究

针对螺栓预紧力对舰船设备力学特性影响研究较少的现象,以某舰用汽缸为例,研究螺栓预紧力对其力学特性的影响,对舰用汽缸在无螺栓预紧力和螺栓预紧力不同工况下进行对比,分析汽缸的变形和螺栓的强度。研究表明：为使舰用汽缸工作时发生较小相对位移,增强密封性能,在保证螺栓强度条件下应充分发挥螺栓预紧力作用,其预紧应力应控制在其材料屈服极限的45%～52%之间。     

柔性立管阻力特性试验数据处理技术

本文提出3种数据处理方法分析均匀来流中柔性立管的初始阻力特性。首先通过分析柔性立管在均匀来流中的变形及振动情况,分离出立管流向的初始变形对应的弯曲应变。根据复杂梁的弯曲变形理论,建立起弯曲应变与平均阻力之间的微分方程。随后,针对试验中获取的立管轴向力及立管表面弯曲应变,提出计算平均阻力的数据处理方法,并进行算例验证与分析。最终使用提出的数据处理方法分析试验数据,得到立管表面各截面处的阻力分布。     

Drift force on a bottom-mounted slightly porous vertical cylinder fixed in regular waves

 Explicit expressions are derived for the drift force that will act on a bottom-mounted, slightly porous vertical cylinder fixed in regular waves. The drift-force expressions derived both from the near-field and the far-field are shown. It is indicated, and numerically demonstrated, that the conventional far-field formula does not hold for a porous body, but needs the additional term of a near-field body-surface integration. Received: July 4, 2002 / Accepted: November 6, 2002 Acknowledgment. The author would like to acknowledge Prof. Kashiwagi, of Kyushu University, for indicating the work of Havelock relating to Eq. 20. Address correspondence to: H. Kagemoto (e-mail: kagemoto@k.u-tokyo.ac.jp)     

圆柱绕流研究进展及展望

圆柱绕流问题广泛存在于水利工程、建筑工程和环境工程之中。通过对前人圆柱绕流研究的成果整理和分析,将其分为解析研究、物理模型研究和数值模拟研究3个阶段,总结了单圆柱、双圆柱以及圆柱群绕流在流动形态和圆柱受力特性方面的研究进展。分析发现,现有研究主要集中于简单条件下单柱和双柱的受力特性和尾流流场结构,今后需进一步开展柱群在海洋立管、高桩码头和环境工程等复杂条件下的研究,开发尾流形态的主动控制技术。     

不同浸没深度下水平圆柱体的水动力特性试验研究

顺应式的漂浮柔性圆柱型结构物,如深海养殖结构物的浮圈结构、波浪能发电装置的浮体部分等,大多是部分浸没的。目前,学术界和工程界对部分浸没圆柱的水动力特性了解甚少,也使这些新型结构物在设计和分析时面临着一系列的困难。文章利用在拖曳水池中对水平圆柱进行强迫振荡的试验方法,研究了不同浸没深度的水平圆柱体在流、波浪以及波-流耦合作用下的水动力特性,获得了拖曳力系数和附加水质量系数在不同浸没深度下与Reynolds数、KC数和Vr的关系。通过研究发现:(1)在纯流作用下,由于自由液面的存在,超过半浸没的圆柱体的拖曳力系数在超临界范围内将大于全浸没圆柱;(2)在波浪作用下的半浸没圆柱的水动力系数完全不能等同于全浸没圆柱的一半来进行考虑;(3)流的存在对水动力系数的影响比较显著,会导致惯性力系数的增大。     

基于VOF方法的驻留微气泡形状稳定性仿真研究

亚微米级的驻留微气泡在强剪切流中发生变形,会导致将气泡简化为完全滑移刚性壁面而进行的数值仿真出现明显误差.文中采用了VOF方法求解驻留微气泡的气—液两相流平板Couette流场模型,利用剪切流粘性力与表面张力的比值毛细数Ca作为判据,得到了Ca=0.1作为亚毫米尺度微气泡在剪切流中发生显著变形的临界值,并将Ca＜＜0.1作为将驻留微气泡简化为完全滑移刚性壁面的适用条件.通过仿真得出滑移长度随毛细数增大而减小,当毛细数超过0.1时,驻留微气泡起到增阻作用.在微气泡不发生严重变形的前提下,选择尽量大尺寸的气泡有利于提高减阻效果.