喷水推进器进水流道内流场数值模拟与分析

进水流道是喷水推进系统的关键部件之一,该部件性能优良与否直接影响到整个喷水推进系统工作性能的优劣．考虑到船底边界层对进水流道来流动量和动能的影响及喷水推进器各部件的相互作用,合理界定了喷水推进器数值计算所需的流场控制体,联用六面体结构化网格和四面体非结构化网格进行区域离散,选择κ-ε两方程湍流模型封闭RANS方程,采用稳态多参考系方法计算求解．分析和比较了船的航速和喷泵的转速对进水流道内流场的速度和压力分布的影响,评估了进水流道的出流均匀度、唇部最小压力点位置的偏移、空化可能性等多方面的性能．研究发现：航速的增加使流道出流变的不均匀,使唇部最小压力点的位置向下偏移;进水流道的出口、唇部和斜坡处是易发生空化的地方,应保证所在运行工况的三处静压力最小值均大于空化临界静压力值．     

制造超差对喷水推进器水动力性能影响的CFD分析

采用计算流体力学方法对喷水推进器水力性能进行了预报,以判别制造过程尺寸超差对喷水推进器水动力性能的影响.建立由喷水推进器内流场与船体外流场构成的计算区域,用6面体结构化网格划分泵内流场,采用4面体网格对进水管道和船底区域进行划分.对整个喷水推进系统的三维粘性湍流流场进行了数值计算.计算结果既可用于分析喷水推进器内部流场的流动细节,也可用于推力、功率、效率等外特性参数的预报.     

In-depth analysis of traffic congestion using computational fluid dynamics （CFD） modeling method

This paper introduces computational fluid dynamics(CFD),a numerical approach widely and successfully used in aerospace engineering,to deal with surface traffic flow related problems.After a brief introduction of the physical and mathematical foundations of CFD,this paper develops CFD implementation methodology for modeling traffic problems such as queue/platoon distribution,shockwave propagation,and prediction of system performance.Some theoretical and practical applications are discussed in this paper to i...     

SCR催化转化器内流场数值模拟与结构改进

利用计算流体动力学(CFD)软件,对结构改进前后的SCR催化转化器内流场进行了三维稳态流动数值模拟,对比分析了改进前后两种不同结构的催化转化器内流动特性。模拟结果显示:结构因素对催化转化器的内流动特性有很大影响,通过结构改进,减小了压力损失,使其内部速度分布和温度分布更加均匀。     

叶顶间隙对喷水推进水力性能的影响

分别以设计参数相同的混流式喷水推进泵与轴流式喷水推进泵为对象, 基于剪切应力运输湍流模型、隐式多网格耦合算法与全结构化网格, 对4种不同叶顶间隙的水力性能进行数值模拟, 分析了叶顶间隙对喷水推进水力性能的影响, 研究了叶顶间隙影响程度与喷水推进器类型的关系。研究结果表明: 2种喷水推进泵的扬程、效率均随叶顶间隙增大而减小; 随着叶顶间隙的增大, 混流泵消耗功率先增大后减小, 当叶顶间隙为1.3mm时消耗功率最大, 而轴流泵消耗功率单调减小; 混流泵叶顶间隙变化引起的喷泵效率改变量不受流量影响, 而轴流泵效率变化量随流量增大而增大, 以较大叶顶间隙为基准, 且叶顶间隙变化量相同时, 混流泵效率变化较大, 轴流泵效率变化较小; 混流泵与轴流泵性能存在差异的主要原因是外形结构不同导致间隙涡对叶顶间隙泄流的作用大小不同; 当叶顶间隙由0.7mm增大至1.6mm时, 2种喷水推进器推力效率变化量在1%以内; 随着叶顶间隙的增大, 2种喷水推进器消耗功率的变化趋势与喷水推进泵相同, 且轴流式喷水推进器总推力、功率变化幅值大于混流式, 即混流式喷水推进器对叶顶间隙变化的适应性更好。      

加导叶喷水推进器水动力特性研究

用数值方法计算了加导叶喷水推进器的水动力特性.在质量守恒定理和动量守恒定理的基础上建立不可压缩流体的积分方程,以SIMPLE为基本算法,结合速度修正方程和压力修正方程,求解喷水推进器的内部速度场和压力场,采用基于二方程雷诺数时均方程方法研究喷水推进的湍流模型.用数值方法建立喷水推进器的三维数学模型,用混合网格布置方法提高计算精度.分析了不同流量下加导叶喷水推进器的流量和扬程、功率和效率的关系.     

液力变矩器性能参数的计算误差及其修正方法

为提高液力变矩器数值模拟的精度,采用CFD(computational fluid dynamics)方法对液力变矩器的变矩比、效率和泵轮容量系数等性能参数进行了计算,对计算误差进行了分析,并提出了相应的误差修正方法.通过分析补偿油液流动对泵轮容量系数计算误差的影响,提出了针对泵轮容量系数误差的修正方法.结果表明:数值计算模型中,忽略摩擦损失和补偿油液流动的影响,将引起变矩器性能参数的计算误差;针对摩擦损失提出的误差修正方法,使算例中变矩器的变矩比和效率的最大相对误差均由16.2%减小到13.9%;按照泵轮容量系数误差的修正方法,泵轮容量系数的最大相对误差由13.9%减小到7.3%.     

Computational Fluid Dynamics Uncertainty Analysis for Simulations of Roll Motions for a 3D Ship

The roll motions are influenced by significant viscous effects such as the flow separation.The 3D simulations of free decay roll motions for the ship model DTMB 5512 are carried out by Reynold averaged NavierStokes(RANS) method based on the dynamic mesh technique.A new moving mesh technique is adopted and discussed in details for the present simulations.The purpose of the research is to obtain accurate numerical prediction for roll motions with their respective numerical/modeling errors and uncertainties.Errors and uncertainties are estimated by performing the modern verification and validation(VV) procedures.Simulation results for the free-floating surface combatant are used to calculate the linear,nonlinear damping coefficients and resonant frequencies including a wide range of forward speed.The present work can provide a useful reference to calculate roll damping by computational fluid dynamics(CFD) method and simulate a general ship motions in waves.     

雷诺数相似喷水推进船模预报实船推进性能

通过在数值计算中调整流体粘度系数,实现缩尺船模与实船雷诺数相似,进而消除尺度效应的影响.在弗劳德数0.15~0.41范围内,雷诺数相似船模方法预报实船阻力与模型试验外推值差别在5%以内;在波形与伴流场的比较中,雷诺数相似船模方法与实尺度计算方法预报结果基本一致.数值计算表明对于缩尺比为30的模型泵与实泵效率差别在11%~17%,而雷诺数相似模型泵效率计算值与实泵计算值差别在1.5%以内,表明通过雷诺数相似模型泵能够较好预报实泵性能.文中比较了模型雷诺数与实尺雷诺数下喷水推进器的性能变化,分析了喷水推进自航试验中可能产生的误差.通过雷诺数相似船模数值自航预报阻力、推力、推进效率与实尺度计算的比较,表明了雷诺数相似船模方法能够较好预报实尺度喷水推进船的推进性能.     

Dynamic Simulation and Performance Investigation of No-frost Refrigerator: Part Ⅰ Mathematical Model

A dynamic approach for the modeling, simulation and analysis of no-frost Refrigerator (RF) is dis-cussed. In Part Ⅰ, the complex interactions among the components in the cooling system are analyzed in detail, based on which the modeling simplifications are proposed. Then, the mathematical models for the evaporator, cabinet and duct-fan are presented. The whole system is divided into two subsystems-refrigerant cycling system and air cycling system. In order to simplify the model, two closed-loop systems are broken into the compressor component and the evaporator component, respectively. A general distributed parameter model is employed for evaporator with homogeneous flow to simplify the two-phase evaporating flow region. The z-transfer function model is used to describe the cabinet load. Computational fluid dynamics (CFD) method is employed to obtain the pressure drop and flow rate curve of the duct-fan model.     

Dynamic simulation and performance investigation of no-frost refrigerator: Part I mathematical model

A dynamic approach for the modeling, simulation and analysis of no-frost Refrigerator (RF) is discussed. In Part I, the complex interactions among the components in the cooling system are analyzed in detail, based on which the modeling simplifications are proposed. Then, the mathematical models for the evaporator, cabinet and duct-fan are presented. The whole system is divided into two subsystems—refrigerant cycling system and air cycling system. In order to simplify the model, two closed-loop systems are broken into the compressor component and the evaporator component, respectively. A general distributed parameter model is employed for evaporator with homogeneous flow to simplify the two-phase evaporating flow region. The z-transfer function model is used to describe the cabinet load. Computational fluid dynamics (CFD) method is employed to obtain the pressure drop and flow rate curve of the duct-fan model.

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多孔介质流动的直接数值模拟

基于计算流体动力学软件Fluent建立了一个二维DNS模型,研究了多孔介质中的流动阻力和压降.模拟时对填充的圆柱粒子采用了2种几何排列方式,即直排和叉排.DNS直排模型的压差为53.5Pa,接近于采用原始系数A=150,B=1.75的尔格方程计算结果55.6Pa.叉排模型的压差为65.1Pa,接近于采用修正系数A=180,B=1.80的尔格方程计算结果62.1Pa.对于真实多孔介质材料的模拟来说,圆柱形粒子叉排比直排更为准确.因此DNS结果确认了修正系数组(A=180,B=1.80)比原始系数组(A=150,B=1.75)更适合尔格方程模型.应用文中推荐的DNS方法,通过采用不同的粒子几何排列方式、填充不同形状的粒子可以进一步地预测尔格方程系数或改善其他的多孔介质模型.     

喷水推进器推力的动量计算法

介绍了喷水推进理论，把复杂的喷水推进系统分解成两个主要部件泵体和进水管道进行研究，着重考虑了船体边界层对进口动量和来流动能的影响，并用数学方法表示了这些影响．其次，基于动量守恒和能量守恒，从理论上建立推力与功率、航速的关系式，并用此公式对某喷水推进船的推力进行计算，计算结果和试验曲线能很好地吻合．分析了本计算方法可能出现的误差．     

基于解调技术的喷泵空化特征提取方法研究

通过对喷水推进泵实船空化测量，捕捉了喷水推进泵在不同工况下的进口水声信号和壳体振动信号，对其空化调制特征进行了研究。结果表明：①喷水推进泵的空化受其叶频及其倍叶频调制；②随着空化强度的增加，喷水推进泵的调制特征量的变化与声压规律曲线一致，即满足先上升后下降的趋势。据此，可以利用调制特征对喷水推进泵的空化进行实时监测。     

基于CFD的三氟甲烷气体灭火系统管网压力损失计算方法研究

为了研究三氟甲烷灭火剂在管网内流动时的压力损失计算方法,在分析和研究相关实验和理论的基础上,提出并建立了三氟甲烷的CFD模拟方法,进而获得了新的压力损失计算公式,并通过实验对新的计算公式进行了验证,验证结果表明基于CFD的管网压力损失计算方法,直观性强、可靠性高,能较为准确地描述三氟甲烷在管网中流动时的压力损失.     

基于CFD混流泵内流场数值分析

以混流泵为研究对象,运用CFD软件采用基于非结构网格的SIMPLE算法和标准的k-ε湍流模型对混流泵内的流场进行数值模拟.结果表明：运用CFD软件进行数值模拟的结果与试验结果是一致的,说明数值分析的结果是正确可靠的;通过对混流泵内部的流动速度、压力分布等分析揭示了混流泵内部的流动特性,并为混流泵的性能预测、优化设计提供理论依据.     

弯曲输流管道流固耦合流动特性研究

以流固耦合理论为基础,对一段两端约束弯曲输流管道建立流体动力学模型及固体运动模型,利用FEA法对该管道系统流固耦合振动特性及弯管内流体流动特性进行了模拟计算和分析,结果表明:流体在管道弯曲处被迫改变方向时,将对管壁施以附加作用力,最大应力和应变发生在入口和出口处附近的上下部.由于管道的弹性作用,管道壁面又会反过来影响管内流体流动情况,两者之间存在复杂的耦合作用;弯管内侧壁附近能量损失较大,静压分布从0~°90°截面始终是外侧高于内侧,进口段湍动能较小、拐弯处较大,管道内流体流速在弯曲管道转角处相对较高.     

公路隧道运营期火灾烟气流扩散规律及救援对策

火灾发生时隧道内烟气流的扩散规律对火灾救援至关重要。以张涿高速公路分水岭特长隧道为背景,采用计算流体动力学方法,对隧道火灾烟气流扩散进行数值模拟,总结了火灾工况下的烟气扩散规律,据此提出了相应的公路隧道火灾救援对策。     

Three-dimensional numerical simulation of splat formation on substrates in plasma spraying

Plasma sprayed coatings are built up by the accumulation of splats formed by the impacting, spreading and solidifying of molten droplets on the substrate. A three-dimensional computational model including heat transfer and solidification is established to simulate the formation process of a single splat using the computational fluid dynamics (CFD) software, FLUENT. The fluid flow and energy equations are discretized and solved according to typical finite volume method on an unstructured grid. A volume of fluid (VOF) tracking algorithm is used to track the droplet flow with free surface. In order to understand the splat formation mechanism, the process of splat formation caused by impacting and spreading of a molten nickel droplet on a polished mild steel surface is simulated. On this basis, the simulations of impact of a molten droplet on substrate with different conditions including the surface morphology, thermal conductivity, initial temperature of the substrate and the thermal contact resistance are presented. The results clearly show the effect of those parameters on the shape of the final splat and splash behaviors.     

潜艇螺旋桨直接辐射噪声的数值计算

采用计算流体力学与声学边界元方法相结合求解了潜艇尾部大侧斜螺旋桨的直接辐射噪声.与一般螺旋桨噪声计算不同的是,螺旋桨非定常计算时引入了潜艇尾部桨盘面的速度分布作为非均匀来流,能够提供更加真实的螺旋桨脉动压力源场.提取桨叶表面的声偶极源项后,采用边界元方法,求解FW-H方程,得到了螺旋桨空间测点的声压谱和总声级.桨盘面速度分布由全附体潜艇粘性流场数值计算得到,其可信性由艇体表面的压力系数与试验值的比较给予了验证.螺旋桨数值模型的可信性由敞水特性预报值与试验值的比较进行了验证.