中大型耙吸船艏吹粉质粘土输泥系统参数动态特性研究

中大型耙吸式挖泥船在实施粉质粘土艏吹时,由于粉质粘土的阻力较大,如果不控制好泥浆浓度和输送流速,粉质粘土就会沉积并堵塞艏吹管线而影响吹泥效率。截至目前,国内外还没有针对粉质粘土疏浚物开发出适用的耙吸船艏吹防堵管线系统,也没有关于耙吸船艏吹防堵管线系统参数动态特性的相关研究成果。因此,本文提出了一种适用于粉质粘土疏浚的耙吸船艏吹防堵管线系统,通过构建艏吹输泥的水沙数值模型,系统研究了泥泵特征参数、泥浆特征、输泥管道特征参数等耙吸船艏吹管路系统参数随时间的变化规律,并分析了泥浆浓度、泥管直径、输泥排距等要素变化对耙吸船艏吹管路系统参数的影响程度。     

大型耙吸挖泥船艏吹中粗砂造陆施工技术

大型耙吸挖泥船艏吹中粗砂施工对船机设备、临界流速、管线配置等的要求与常规的吹填工艺不同。针对中粗砂的特性,开发专用软件计算确定不同粒径中粗砂的临界流速和最低实用流速;结合泥泵特性和管线摩阻特性,测算典型耙吸挖泥船艏吹中粗砂的最佳效率;研究快速接管工艺,结合吹填区初平和后整平,提高大型耙吸挖泥船艏吹中粗砂造陆施工效率。     

耙吸挖泥船艏吹生产效率计算方法与分析

受限于两相流的复杂性,耙吸挖泥船艏吹产量计算还没有成熟的商业软件或计算模型,其工程适用性及施工效率分析以定性和经验为主。针对这一现状,对耙吸挖泥船艏吹产量分析及计算方法展开研究,结合已有研究成果和工程经验,推荐泥泵输送泥浆扬程-流量特性及管道输送摩阻损失经验公式,并采用粗砂、中砂、细砂3种典型土质工程案例"新海凤"轮、"新海马"轮实测数据进行验证。结果表明:3个案例测算产量与实测数据整体符合较好,仅个别排距下出现一定偏差,推荐计算公式用于案例土质艏吹产量计算具有较高的精度;计算得到的产量曲线,也为类似土质工程施工船舶及其作业模式的选择提供有价值的参考。     

港口工程中自航耙吸船艏吹施工技术的应用

为探索自航式耙吸挖泥船艏吹施工技术要点及优势,以某港口圈围造地工程为例,结合工程实际提出将航道疏浚土直接艏吹上岸的施工方案;对包括临界流速、管线摩阻损失、管线输送系统、浮管锚定等在内的施工参数进行分析优化;对吹填接管、建立艏吹站、布设吹填管线、接管下锚及吹填等施工要点进行分析。结果表明,与疏浚方式相比,艏吹施工方式具有十分显著的经济效益、社会效益和环境效益,必将在航道吹填施工中得到推广应用。     

耙吸船艏喷喷距计算及泥浆运动轨迹分析

针对喷距制约耙吸船艏喷驻船位和施工船布置问题,通过分析艏喷喷距影响参数,推导理想状态下喷距的计算模型;通过引入空气阻力公式,建立考虑空气阻力的喷距计算模型,经实船测试和验证,考虑空气阻力的喷距模型计算精度明显高于理想模型。在此基础上分析空气阻力系数、泥浆密度及喷射角度等参数对泥浆运动轨迹的影响,这有利于耙吸船艏喷施工获得最佳的艏喷控制点和驻船位。     

耙吸挖泥船艏喷喷嘴结构设计优化方法

文章针对耙吸挖泥船艏喷喷嘴,以喷嘴出口半径、延伸段长度、喷嘴特征长度、艏喷管径为母型参数,计算不同喷嘴特征参数下的喷射特性,并构建出口喷射速度、喷嘴应力及散落度参数化函数,采用熵权法进行参数权重分析,形成一套耙吸挖泥船艏喷喷嘴结构设计优化方法。本文的研究成果对耙吸挖泥船艏喷喷嘴喷射特性的研究,以及完善耙吸挖泥船艏喷喷嘴的结构设计具有重要意义。     

基于新海凤轮的艏喷喷头优化设计与产量分析

随着“一带一路”战略的实施,国际化疏浚工程市场进一步发展,吹填工程质量要求进一步提高,针对斯里兰卡科伦坡港口城项目,文章基于“新海凤”轮耙吸挖泥船,采用SPH光滑粒子法,建立艏喷计算模型,对进口端、变径段、过渡段和出口端不同的8种艏喷喷头进行流场特性分析与产量分析。结果表明：通过收缩喷头进口端管径或者增大出口端直径,可有效降低结构中的峰值应力,减缓泥浆粒子对管道的冲击,增强泥浆喷射凝聚度;喷头出口端直径对喷头的流体特性影响较大,适当增加过渡段长度可有效改善喷头喷射效果;出口端直径545mm、进口端直径1000mm、过渡段长度150mm的艏喷喷头,喷射特性较好、综合性能最佳。     

耙吸船艏吹粉质黏性土疏浚物的管线清堵装备及实施方法

粉质黏土在中大型耙吸船艏吹施工过程中输送阻力大,会形成球块状聚集体堵塞吹泥管路,进而影响艏吹施工效率。在系统论述国内外已有的输泥管路堵塞防治方法的基础上,研制了一种耙吸船艏吹管线清堵装备及清堵作业方法,并依托青岛港某疏浚吹填工程进行现场原型试验研究。结果表明,与传统技术相比,此方法施工简易、快速灵活、可操作性强、经济适用且安全可靠;粉质黏土疏浚物艏吹作业在短、中长和长距离条件下均可开展;该方法极大提高了粉质黏土疏浚物艏吹作业实施效率。     

翼身融合水下滑翔机翼剖面上基于合成射流的主动流动控制数值研究

为了探究水下合成射流对翼身融合的水下滑翔机翼剖面升阻特性影响的机理，基于计算流体力学（CFD）方法，采用SST k-ω湍流模型，针对不同攻角的NACA 0015水翼开展合成射流控制的数值研究，探究在水翼吸力面不同位置处施加不同动量系数的合成射流对其升阻特性的影响，并分析其作用机理。数值仿真表明：合理的合成射流可有效提升水翼升阻性能；随着合成射流动量系数的增大，水翼升阻性能提升；射流位置也会影响流动控制的效果。     

跨沉箱虹喷工艺在阿比让港吹填工程中的应用

以科特迪瓦阿比让港口扩建项目跨沉箱虹喷顺利施工的工程案例,分析了耙吸船在难以采用艏吹和常规虹喷工艺的情况下,选择跨沉箱虹喷施工工艺的技术原理、技术要点和安全管控措施,为国内外类似吹填工程耙吸船跨结构物虹喷施工提供参考。     

耙吸挖泥船艏喷轨迹曲线及流场特性的数值模拟

通过CFD数值模拟方法模拟了耙吸挖泥船艏喷不同工况时的喷射轨迹曲线及流场特性,得到了不同工况下的艏喷喷射距离及流场特征,对比数值结果与施工现场测量结果,显示数值模拟结果与现场试验结果基本相符,数值模拟基本可以预测艏喷的喷射距离和流动特征。在此基础上,对艏喷轨迹线和喷射距离的影响因素进行了分析,结果表明：45°喷角比30°喷角喷射距离要远,但是30°喷角有利于回淤与流失量的控制。因此在不同的施工阶段,可调整喷射角度,达到最佳施工效果。     

基于显式有限元方法的二维楔形体砰击压力系数预报

利用LS-DYNA软件对二维楔形体入水问题进行研究。基于显式有限元方法,选用任意拉格朗日-欧拉算法,建立了包含空气、水和楔形体的完全耦合的二维有限元模型,研究流场的射流现象与压力变化情况,预报了二维楔形体砰击压力系数,并与已公开发表的模型试验结果吻合较好,从而为后续砰击载荷计算提供可靠的方法。     

基于最优控制的双喷推无人艇路径跟踪方法

针对双喷推无人艇自主航行时的路径跟踪问题,采用最优控制的方法进行求解。根据双喷推无人艇的动力学特性建立双喷推无人艇三自由度运动方程,并由任务需求设定目标函数;在此基础上,根据航行实况建立约束条件,从而得到求解双喷推无人艇路径跟踪问题的数学模型。通过建立含有拉格朗日松弛项的哈密顿函数,将带有复杂约束的优化问题转化为无约束优化问题,采用粒子群优化算法求解最优拉格朗日乘子,并将其代入哈密顿函数;采用广义梯度下降法对数学模型进行求解,得到最优的喷泵电机转速,从而实现对双喷推无人艇的路径跟踪控制。设计实船试验验证方法的有效性,双喷推无人艇路径跟踪试验结果表明,双喷推无人艇实测的轨迹与设定轨迹的最大偏差不超过3m,该方法具有可行性和实用性。     

Uncertainty in predictions of oil spill trajectories in a coastal zone

A method is introduced to determine the uncertainties in the predictions of oil spill trajectories using a classic oil spill model. The method considers the output of the oil spill model as a function of random variables, which are the input parameters, and calculates the standard deviation of the output results which provides a measure of the uncertainty of the model as a result of the uncertainties of the input parameters.In addition to a single trajectory that is calculated by the oil spill model using the mean values of the parameters, a band of trajectories can be defined when various simulations are done taking into account the uncertainties of the input parameters. This band of trajectories defines envelopes of the trajectories that are likely to be followed by the spill given the uncertainties of the input.The method was applied to an oil spill that occurred in 1989 near Sines in the southwestern coast of Portugal. This model represented well the distinction between a wind driven part that remained offshore, and a tide driven part that went ashore. For both parts, the method defined two trajectory envelopes, one calculated exclusively with the wind fields, and the other using wind and tidal currents. In both cases reasonable approximation to the observed results was obtained.The envelope of likely trajectories that is obtained with the uncertainty modelling proved to give a better interpretation of the trajectories that were simulated by the oil spill model.     

基于MRF方法和滑移网格的螺旋桨水动力性能研究

本文基于计算流体力学(CFD)方法,对多重参考系模型(MRF)及滑移网格模型(SM)在计算螺旋桨水动力性能时的差异进行了探讨。将以上两种模型应用到4381螺旋桨的水动力性能计算中,首先将计算得到的推力系数及转矩系数与试验数据进行了对比,考察了两种计算模型对螺旋桨的敞水性能的预测情况,并进一步对两种模型计算得到的螺旋桨盘面的速度场、桨叶的压力分布、桨后涡量云图等进行了对比分析。计算结果表明,滑移网格模型相较于多重参考系模型,对螺旋桨的推力系数的模拟结果误差更小,扭矩系数方面,两种模型的模拟结果相差不大;对于进速系数较大时,两种模型模拟得到的压力分布及速度分布较为相似,但对于高负荷情况,滑移网格模型可以更好地捕捉桨叶的压力分布及桨盘面处的速度分布情况;进速系数较小时,多重参考系模型可以模拟出涡结构的发散现象,而滑移网格模型可以更好的在高进速系数情况下捕捉到梢涡结构。     

新型爪式水泵应用于水下航行器喷水推进上的性能分析

为研究新型爪式水泵应用在水下航行器喷水推进上的性能,对该新型爪式水泵的流场特性、不同转动角度下内泄对扬程的影响等性能进行分析。建立水泵喷水推进数学模型,并进行推力模拟试验及其影响因素分析。结果表明:新型爪式水泵在角度0°时的泄漏量最低,在角度40°时的泄漏量最高,在不同尺寸间隙下,随着角度改变,泄漏量变化趋势一致,而随着间隙的增大,内泄量增多。推力随喷嘴尺寸变化的试验结果与理论模型预测值的变化趋势一致,推力与喷嘴直径呈负相关关系。随着航行器航行速度的增加,喷水速度增大,且增大的幅度会比航行器航行速度的增加量大。     

基于Simulink的飞航式火箭助飞鱼雷空中弹道仿真

为研究飞航式火箭助飞鱼雷空中弹道参数设计问题,首先分析其空中运动过程,根据空中弹道的特点,建立了纵向运动方程组。采用MATLAB/Simulink软件建立了仿真模型,并就发射倾角、雷箭分离条件等对空中弹道的影响进行仿真计算。本文的研究成果对飞航式火箭助飞鱼雷空中弹道设计及作战效能研究有一定的参考价值。     

一种基于弹道系数的外弹道拟合方法

当弹丸的质量和质心变化后,其外弹道会相应的发生变化。为解决弹丸质量和质心大幅度变化后的弹道拟合问题,文章提出了一种以弹丸质心运动微分方程组为模型,采用估算弹道系数与误差拟合修正相结合的弹道拟合方法,解决了拟合系数法难以保证全弹道一致精度的难题。通过实测数据对该方法的检验,表明该方法具有一定工程应用价值。     

比例导引下的机动目标跟踪算法仿真研究

针对比例导引目标的跟踪问题,将比例导引规律引入状态方程,建立线性时变系统模型,利用含有参数的标准卡尔曼滤波方法给出了目标的状态估计。运用语言进行仿真计算,分析并得到了在不同的初始航向角、比例导引系数、导弹的初始位置和速度下的导引弹道滤波曲线和弹目相遇时间。仿真结果表明,此方法正确可行。     

Three-dimensional vortex-induced vibrations of a circular cylinder predicted using a wake oscillator model

This paper reports a numerical study based on a wake oscillator model, to determine the three-dimensional vortex-induced vibration (VIV) responses on a flexible cylinder with pinned-pinned boundary conditions subjected to a uniform flow. Four different aspect ratios have been selected for the study. The coupling equations of the structural oscillator models and wake oscillator models in both the cross-flow (CF) and in-line (IL) directions have been solved using a standard central difference method of the second order. The structural displacement, structural frequency, response wave pattern, response trajectory, and lift force coefficient, for four aspect ratios, have been compared. The numerical results establish that, for a small aspect ratio, the CF displacements have absolute standing wave behaviors without travelling wave behaviors, and the IL displacements have dominant standing wave behaviors with slight travelling wave behaviors. Further, the VIV trajectory is repeatable and displays figure-eight shapes. However, for a large aspect ratio, the CF displacements display identical characteristics with the IL displacements for a small aspect ratio, and the IL displacements for a large aspect ratio are simultaneously dominated by standing and travelling wave behaviors. Moreover, the VIV trajectory is apparently aperiodic and shows chaotic shapes.