船用蒸馏海水淡化装置二级引射器数值模拟与试验

船用蒸馏海水淡化系统常采用单吸口引射器将蒸馏器内的浓海水和不凝性气体一同抽出,使得蒸发器和冷凝器间因压差不足而抑制蒸汽流动,造成产水率下降。二级双吸口引射器可分别抽吸不凝性气体和浓海水以消除此类影响。直接影响引射器内真空度的因素为喷嘴尺寸与工作流体入口压力。文章针对引射器两级喷嘴尺寸对引射真空度进行影响试验,得到最佳喷嘴尺寸组合为一级喷嘴直径15 mm、二级喷嘴直径18 mm。在最佳喷嘴组合下,运用Fluent软件对不同工作流体入口压力下引射器内的速度场和压力场进行数值模拟。结果表明,当工作流体压力为0.34 MPa时,引射器效率最高,节能性最好,验证试验与模拟结果较吻合。     

船用蒸馏海水淡化装置二级引射器数值模拟与试验

船用蒸馏海水淡化系统常因蒸馏器内压力不均匀造成产水率下降,二级双吸口引射器可通过调节吸口之间真空度来平衡蒸馏器内部的压力,以消除这种影响。引射器内真空度的直接影响因素为喷嘴尺寸与工作流体入口压力。本文通过引射器的两级喷嘴尺寸对引射真空度的影响试验,得到最佳喷嘴尺寸组合为一级喷嘴直径15mm、二级喷嘴直径18mm。在最佳喷嘴组合下,运用Fluent软件对不同工作流体入口压力下引射器内的速度场和压力场进行数值模拟,结果表明当工作流体压力为0.14MPa时,引射器效率最高、节能性最好,验证试验与模拟结果吻合较好。     

舰船烟囱热壁面水雾降温的大涡模拟

采用水雾喷射技术冷却舰船烟囱能够有效降低舰船红外辐射强度,对于提高舰船海上生存能力有重要意义。由于水滴蒸发和气流浮升作用相互影响,细水雾和热烟气在烟囱表面的运动是一种复杂的多相湍流流动。建立水雾在烟囱壁面空间中的蒸发和运动方程,应用多相湍流大涡模拟方法对舰船烟囱壁面空间的热烟气-水雾流动进行建模与数值仿真,分析烟囱壁面热气流浮升作用对水滴到达壁面能力和蒸发过程的影响,以及水滴直径与流量对烟囱壁面区域内热烟气下沉区域大小和流场分布参数的影响,得到水流量和水滴直径与烟囱壁面冷却温度之间的关系。研究结果对于舰船烟囱或其他热固表面冷却方案的选择和优化有一定参考价值。     

大型舱室水幕防火分隔效果仿真计算研究

通过对大型舱室水幕分隔在不同水幕厚度、喷水速度、水珠直径和水幕流量下火灾烟气流动及传热过程进行系列模拟计算,得到了大型舱室起火后和火灾过程中,空间温度、烟气流动随时间和空间的变化规律。分析了影响水幕对火焰及烟气阻碍作用的主要因素,以及水幕分隔的防火效果,并对仿真计算结果与试验结果进行了对比分析。     

船舶真空海水淡化装置引射器喷嘴直径对引射特性影响研究

采用Fluent软件对不同喷嘴直径对船舶真空海水淡化装置引射器性能的影响进行了数值模拟,结果表明当喷嘴直径与混合室直径之比为0.4324时,引射器性能最佳、经济效益最好。同时加工了液-汽引射器实物模型进行了验证试验,结果与数值模拟结果相符。     

扭曲式波瓣排气引射器的数值模拟

排气引射器是较好的通风冷却设备,在燃气轮机动力装置当中应用广泛。利用数值模拟方法对扭曲式与未扭曲式波瓣排气引射器进行了研究,得到了两种结构的内部流场分布情况和性能数据。数值模拟结果表明,扭曲式波瓣引射器在主次流混合效果与温度控制方面的性能优于未扭曲式,但在排气阻力损失方面处于劣势。研究结果为波瓣引射器在船舶动力装置当中的应用及其性能优化提供一定的参考。     

基于微纳结构的舰船仿生流体力学研究

近些年,随着微纳电子机械系统(MEMS/NEMS)和纳米技术的飞速发展,微纳尺度流体流动规律已成为研究人员关注的重要课题.微通道中流体流动的速度滑移对于流体流动有着非常重要的影响,文中主要研究了液体在微通道流动,通道直径、表面形状以及微纳结构对速度滑移的影响,并进一步分析微纳尺度下的流动机制及阻力性质,最终构建了一种特殊的仿生表面结构,希望能将其运用于舰船外表面,以达到减摩降阻效果.     

DTMB P4119桨尾流场LDV测试

采用LDV测速系统,在大型空泡水筒中对均匀来流下的螺旋桨尾流场进行了测量。把测试点数据集合在一个圆盘面上进行宏观显示。试验测试了尾流场中尾涡结构,获得了尾流场中轴向、径向速度沿周向分布的周期性规律,分析了近梢部流场速度分布的双突跳结构。试验所获得的定量信息为螺旋桨尾流场复杂流动现象的揭示提供了帮助。     

船舶管道过滤器过滤特性的数值模拟

为了研究过滤速度和颗粒流量对船舶管道过滤器的过滤器进出口压差和过滤效率的影响,针对不同工况条件,运用计算流体力学中DPM离散相模型对过滤颗粒和边界条件进行设置,对过滤器内部压力场、速度场和颗粒流进行了数值模拟计算,并与试验结果进行对比。结果表明,仿真结果与试验结果吻合度较高,过滤器的进出口压差随着水流流速的增加而增加,过滤器最佳过滤速度应控制在1.8 m/s左右;过滤器滤网与出水口接管处速度波动最大;在0.0001kg/s的颗粒流量下,过滤效率最高为60.22%;过滤效率随水流流速、颗粒流量的增加而增加,过滤效率增加效果不明显。     

半潜航行器纵平面流体动力数值计算与试验研究

半潜航行器因航行深度介于水面航行器和潜器之间而得名。为预报半潜航行器纵平面流体动力性能,开展数值仿真与风洞试验。研究航行器不同攻角、不同舵角下受力情况,计算速度系数、舵角系数以及耦合系数,并与风洞试验数据进行对比。针对耦合工况中舵效降低的情况进行了流场分析。仿真和试验结果表明：CFD仿真结果与试验结果吻合较好,具有较高预报精度;增加航行器攻角会影响前、后舵板贴体端稍涡的形成,迫使稍涡向上偏移,在吸力面形成一个直径与舵板弦长相当的涡。研究结论可指导航行器运动控制和前后舵布局优化。     

多孔管孔出流速度和流量影响因素数值仿真及试验

本文通过控制变量法进行工况设计,对多孔管进行数值模拟和试验对比,分别研究多孔管管径、管长、孔径、孔间距、水压五个变量对多孔管孔出流速及流量的影响。使用ANSYS软件中的DesignModeler模块进行几何建模,ICEM中的O-Block技术进行流体计算域网格划分,Fluent软件进行求解。研究发现,多孔管管内径和管长的增加均使孔出流速和出流量减小,管长度的增加会影响孔出流沿程的均匀性;孔径的增大使孔出流速明显减小,且影响孔出流沿程的均匀分布,出流量受孔径的影响较复杂,在孔径不超过2.5mm时可以认为出流量与孔径的平方成正比;孔间距的增大对孔出流速和沿程均匀分布基本无影响,而与出流量成正比。最后将数值模拟结果和试验进行对比,发现试验数据所反映的多孔管出流量与管内径、管长、孔径和孔间距的关系与数值模拟基本吻合,而试验中管的出流量普遍比数值模拟小。     

爆炸破片侵彻钢/陶瓷/铝复合板的数值计算研究

陶瓷复合装甲具有优良的抗弹性能,合理设置复合靶板各层厚度有利于提高其抗弹性能。文章采用非线性动力学程序AUTODYN,模拟了直径为8mm的圆柱形破片对钢/陶瓷/铝复合靶板的侵彻过程,分析侵彻过程中靶板的破坏机理。通过一系列模拟,分析钢面板厚度、陶瓷层厚度以及铝背板厚度对复合靶板抗侵彻性能的影响,研究表明在面密度一定时,减小面板厚度,增加陶瓷和铝背板厚度对复合靶板的抗弹性能有明显提高。     

导流板设计方案的数值模拟与试验研究

针对船舶柴油后排气在烟道内流动时易在拐角处形成大量气体涡旋且存在速度差明显的工程实际问题,特对烟道第二个拐角展开优化模拟分析,以期获得很好的系统流场均匀性。在圆弧型烟道拐弯处设计6种导流板填充方案,分析烟道内混合气体流速和压损的变化趋势,寻求最佳的优化方案。此外,根据模拟结果,搭建试验平台,通过试验来验证数值模拟的正确性。结果表明,在圆弧型烟道中,布置3块变弧长导流板对气体的引流效果最好,此时出口流速差值最小,压损最低。     

Effect of mass ratio on hydrodynamic response of a flexible cylinder

The effect of the mass ratio on the flow-induced vibration (FIV) of a flexible circular cylinder is experimentally investigated in a towing tank. A Tygon tube with outer and inner diameters of 7.9 mm and 4.8 mm, respectively, was employed for the study. The tube was connected to a carriage and towed from rest to a steady speed up to 1.6 m/s before slowing down to rest again over a distance of 1.6 m in still water. Reynolds number based on the cylinder’s outer diameter was 800–13,000, and the reduced velocity (velocity normalized by the cylinder’s natural frequency and outer diameter) spanned from 2 to 25. When connected, the cylinder was elongated from 420 mm to 460 mm under an axial pre-tension of 11 N. Based on the cylinder’s elongated length, the aspect ratio (ratio of the cylinder’s length to outer diameter) was calculated as 58. Three mass ratios (ratio of the cylinder’s structural mass to displaced fluid mass, m*) of 0.7, 1.0, and 3.4 were determined by filling the cylinder’s interior with air, water, and alloy powder (nickel-chromium-boron matrix alloy), respectively. An optical method was adopted for response measurements. Multi-frequency vibrations were observed in both in-line (IL) and cross-flow (CF) responses; at high Reynolds number, vibration modes up to the 3^rd one were identified in the CF response. The mode transition was found to occur at a lower reduced velocity for the highest tested mass ratio. The vibration amplitude and frequency were quantified and expressed with respect to the reduced velocity. A significant reduced vibration amplitude was found in the IL response with increasing mass ratios, and only initial and upper branches existed in the IL and CF response amplitudes. The normalized response frequencies were revealed to linearly increase with respect to the reduced velocity, and slopes for linear relations were found to be identical for the three cases tested.     

燃气轮机进气系统过滤结构数值模拟

针对某型燃气轮机陆上试验的进气系统,布置不同过滤结构模型,采用CFD数值模拟计算方法,分析了三种过滤结构对进气系统流场、燃机进口空气速度均匀性、总压损失等参数影响。结果表明：在低进气流量下,过滤结构产生的总压损失占据主导位置,随着进气流量的增加,进气室稳压室向燃机进口直管收缩产生的压损更为明显。两侧分布式过滤结构降低了燃机进口空气速度的不均匀度,并有效降低了总压损失。     

船用跨临界CO2引射制冷系统动态性能研究

针对船用跨临界CO2两相流引射制冷系统建立动态模型,模型中蒸发器采用移动边界模型,气冷器采用集总参数模型,引射器使用1-D恒压混合模型。通过Matlab计算动态模型,分析系统各参数在压缩机转速、膨胀阀开度及引射器尺寸阶跃扰动下的动态响应。模拟结果显示系统对压缩机转速变化更加敏感,系统参数耦合作用强,并且动态响应中存在逆向响应。本文研究为控制器设计提供了依据和指导。     

基于正交分析的柴油机微粒捕集器结构仿真优化

采用微粒捕集器可大幅减少船舶柴油机颗粒物的排放量,但在实际应用中仍然受到背压过大等条件的限制。文章利用GT-Power软件建立了柴油机和微粒捕集器(DPF)联合仿真模型,在柴油机试验台架上进行了模型验证试验,模型误差均在5%以内,满足仿真优化要求。分析了滤体结构中的微孔直径、壁厚、孔隙率、过滤体长度、通道密度对DPF性能的影响,可得微孔直径对捕集效率影响较大;壁厚和孔隙率增加时,过滤体压降和捕集效率均有所增加;过滤体长度和通道密度增加时,压降降低,初始捕集效率升高。通过正交分析法建立正交表并计算得出最佳DPF结构模型。与原模型相比,改进的模型压降由原来的7.16 k Pa下降至3.92 k Pa,初始捕集效率由原来的93.87%上升到94.09%,为DPF结构优化设计提供了理论依据。     

Strong tracking adaptive Kalman filters for underwater vehicle dead reckoning

To improve underwater vehicle dead reckoning, a developed strong tracking adaptive kalman filter is proposed. The filter is improved with an additional adaptive factor and an estimator of measurement noise covariance. Since the magnitude of fading factor is changed adaptively, the tracking ability of the filter is still enhanced in low velocity condition of underwater vehicles. The results of simulation tests prove the presented filter effective.     

深海立管涡激振动疲劳损伤影响因素分析

根据我国南海、墨西哥湾和西非海域的流速沿深度方向的分布规律,利用涡激振动预报程序计算了立管在不同参数下的动力响应.在此基础上计算了立管沿长度方向涡激振动引起的疲劳损伤.分别讨论了立管顶部预张力、管内流体密度、管外流速分布、立管外径、立管壁厚等参数的变化对疲劳损伤的影响.结果显示立管顶部预张力、管外流速分布、立管外径对疲劳损伤的影响非常明显,而管内流体密度和立管壁厚因其变化范围有限,对疲劳损伤的影响没有上述三个参数显著.