二、三维耦合水动力模型研究I:模型的建立

利用基于非结构网格的有限体积法分别建立了二维和三维水动力模型。在实际工程应用中,二维模型一般用于模拟浅水自由表面流动,而三维模型在水流参数垂向结构变化较大时适用性更强。结合两者的特点,建立了二、三维耦合水动力模型。首先通过2个经典的算例来分别验证二维和三维水动力模型的精度和可靠性,最后通过一个潮流在斜坡地形上的传播实验来比较研究二、三维耦合水动力模型的实用性。结果表明,耦合模型在保证计算精度的同时,可有效提高工作效率。     

水动力噪声计算方法综述

准确量化评估水动力噪声,对研制反潜水面舰船、安静型潜艇和隐身鱼雷等高性能航行体具有重要意义。由航行体型线变化、表面曲率不连续和各种扰动引起的三维非定常外流场是航行体水动力噪声的源场。分述航行体表面湍流边界层、空腔振荡、空化和粗糙度诱发水动力噪声的机理和研究进展。在分析水动力噪声数值预报难点的基础上,综述流体动力噪声计算方法研究进展。着重比较在航行体水动力噪声工程预报方面有较好前景的3种方法:声类比法、粘声分离法和声边界条件法。     

水动力噪声计算方法综述

  目的  根据Lighthill声类比方程及其发展理论,可以将壁面湍流脉动压力的波数-频率谱作为声源项来预报流噪声,且分析湍流脉动压力的波数-频率谱有助于了解湍流结构的时空关联特性。  方法  以NACA 0012翼型为例,采用大涡模拟（LES）方法进行流场仿真计算,然后通过Fourier变换得到壁面湍流脉动压力波数-频率谱的数值解,并与Corcos的平板湍流边界层脉动压力波数-频率谱模型进行比较;在此基础上,将该波数-频率谱作为声源输入,代入Goldstein版本的声类比方程中预报辐射噪声,并与软件计算的流噪声结果以及Brooks试验拟合结果进行比较。  结果  结果发现：小曲率变化的NACA 0012翼型表面的波数-频率谱具有与平板表面相似的一般特性;在中、低频段采用该方法预报的流噪声结果与Brooks试验结果拟合更好。  结论  所得结果表明开展波数-频率谱研究是有必要的,将其作为主要声源项来预报亚声速下产生的流噪声是合理的。     

基于波流耦合模型的加拿大赫卡特海峡水动力模拟研究

利用非结构化网格的波流实时耦合模型模拟了加拿大赫卡特海峡的流场和波浪场。使用实测数据对模型计算结果进行了验证,结果表明耦合模型可以更合理地反映该海域的水动力特征。     

一维水动力模型在水闸设计中的应用

根据平原地区感潮河网的水力特性,采用有限差分格式求解明渠流完全非线性圣维南方程模拟水文特征值,建立了盐城市川东港地区通榆河以东的水动力数学模型,并利用2007年实测水文资料对模型做了验证。根据挡潮闸闸孔设计要求,利用水动力模型对川东港新闸进行调洪演算,从而确定满足规划设计要求的闸孔规模。     

冰级桨水动力性能研究综述

针对桨-冰相互作用对冰级桨水动力性能的影响问题,整理归纳国外冰级桨水动力性能研究进展,根据冰级桨特殊工作条件,介绍并分析目前两种主要冰级桨模型试验方法及其特点;介绍数值模拟预报程序PROPELLA,展望未来冰级桨水动力性能的研究方向。     

水下滑翔机水动力外形研究综述

水下滑翔机是一种将传统的浮标技术与水下机器人技术相结合而研制成的新型自治水下机器人,具有作业时间长、航行距离大、建造和使用成本低等优点。水下滑翔机主要用于海洋环境长时间、大范围的实时监测,因此要求其具有优良的水动力性能。文章简要回顾了水下滑翔机的发展历程,重点介绍了其水动力外形方面的研究进展,并简要介绍了混合驱动和飞翼等概念在水下滑翔机上的应用研究,最后对水下滑翔机未来的发展趋势进行了展望。     

水环境容量与水质模型研究综述

水环境容量研究是水环境治理的重点内容,也是城市发展规划的首要考虑因素之一,水质模型是水环境容量研究的主要技术手段。文章阐述了水环境容量和水质模型的相关概念,简要描述了水质模型的三个发展阶段,介绍了五种主要的水质模型(S-P模型体系,QUAL模型体系、WASP模型体系、MIKE模型体系和QUASAR模型体系)及其在国内外的应用,最后对目前水质模型中所存在的问题进行了归纳,并对今后的研究方向作出了展望。     

螺旋桨水动力性能及流固耦合数值模拟

根据螺旋桨局部坐标转换成全局坐标的型值,建立螺旋桨的三维几何模型。基于商业软件,分别研究分区混合流体网格和结构网格的划分。使用Fluent软件分析螺旋桨的敞水性能,结合MRF转动模型和SST湍流模型研究螺旋桨在不同进速系数下的推力、转矩和敞水效率。与实验测量值比较,证实了该方法的工程可用性。基于Workbench平台,将CFD软件计算和有限元求解耦合起来,研究螺旋桨敞水时的单向流固耦合作用,对桨叶的结构强度进行校核计算,并分析螺旋桨应力,变形与进速系数的关系。     

吊舱式推进器水动力性能研究综述

近十多年来吊舱推进器在众多的船型上取得了成功的应用、积累了使用经验,预报其实船性能成为船东和设计部门关注的重点.文中介绍了吊舱式推进器的特点,分析、介绍了目前几种主要的吊舱推进器模型试验方法及其特点,分析了敞水、自航试验中需要关注的问题;同时介绍了数值模拟预报吊舱推进器水动力性能的几种方法,包括势流法、势流M流藕合法、粘流法.     

潜体水动力系数计算研究综述

水动力系数计算是研究潜体操纵性的基础,随着潜艇、潜水器等的迅猛发展,日益成为国内外学者关注的热点。为了更好地对其进行研究和学习,对近年来国内外潜体水动力系数计算的研究结果进行综述。对模型试验、数值计算、理论计算3种求取潜体水动力系数方法的研究成果进行汇总,结合具体算例采用数值计算方法获得航行器的水动力系数,总结不同计算方法的优缺点,汇总重要的定性研究结论,提出需要进一步研究的问题。     

船舶水动力砰击预报技术综述

文章对水动力砰击预报技术进行了研究与评估.介绍了水动力砰击现象的描述、定义,对预报方法和理论进行了分类,并讨论了预报技术中的困难与难点.综合叙述了预报方法的理论分析与数值模拟,指出这些预报方法的优点与缺点,并对今后的研究与开发工作给出几点建议.     

受损船水动力性能研究现状

船舶受损后,其水动力性能将严重恶化,同样海况下,难以像完整船舶一样正常航行。为了提高人员财产安全和减少水域污染,国内外十分重视受损船水动力性能研究。随着船舶水动力学科及其相关数值和实验技术的进步,受损船水动力研究已成为当前船舶水动力学领域的前沿热点课题之一。本文主要对近十几年来国内外受损船水动力性能——操纵性、耐波性的研究现状进行评述,介绍受损船水动力前沿的研究内容,并基于国内外受损船水动力研究现状的分析,提出我国在研究受损船水动力方面存在的问题及其今后研究的建议。     

四面体框架群三维水动力模型

四面体框架群（TFR）防护方法在我国的河流工程中正得到越来越多的应用,然而由于其复杂的几何形状,采用传统的量测手段准确量测四面体框架群内的流场遇到极大障碍,这限制了研究者对四面体防护方法的深入理解．本文利用CFD通用代码Fluent,建立了用于计算四面体框架群流速场和阻力大小的三维水动力数值模型．采用可实现κ-ε紊流模型封闭雷诺时均方程．研究表明该数值模型可以有效补充物理试验研究工作,有助于理解四面体框架复杂的三维流场和防护机理,分别给出了阻力系数CD与雷诺数Re以及升力系数CL与雷诺数Re的关系图．     

波流耦合模型在风暴潮波浪增水推算中的应用

文章通过收集威海海域附近引起严重影响的台风资料,并以历时台风资料为样本,采用montecarlo随机模型重新生成12组台风。建立波流耦合数值数学模型,以台风为驱动要素,对风暴潮引起的波浪增水进行了分析计算,得到台风过程影响下威海沿海海域的风暴潮增水与波浪要素,将研究结果进行了验证和与实测数据进行分析比较,并将研究结论应用于部分工程的实践。     

结构-波浪-海床耦合系统动力有限元分析

基于MSC．Marc软件平台，建立了结构-波浪-海床耦合系统的有限元计算模型，并通过二次开发，成功地将土动力学中广泛用于计算土体在动荷载作用下响应的等效线性算法引入软件中。对模型进行了动力计算，考察了此类结构在动力荷载下的响应。     

基于流固耦合的螺旋桨水动力性能数值仿真

根据螺旋桨理论,将基于粘流理论的计算流体动力学方法与结构有限元分析方法相结合,构建螺旋桨的流固耦合数值仿真方法。运用该方法对螺旋桨进行计算分析,并与试验结果进行对比,两者吻合较好。证明了利用构建的FSI方法与传统的CFD方法计算同一金属材料螺旋桨时,在低进速下计算所得结果较传统CFD方法更为准确。从多角度阐明所建立的流固耦合数值方法在复合材料螺旋桨研究方面的独特优势,为复合材料螺旋桨性能分析提供了必要的工具。     

FPSO串靠外输作业水动力耦合响应分析

FPSO与穿梭油轮串靠外输作业时两船体之间的相互作用较为复杂,基于多体水动力学方法对两浮体的运动响应进行分析.应用水动力学软件ANSYS-AQWA建立耦合响应分析模型,计算单点系泊FPSO与穿梭油轮之间的水动力影响.通过时域分析得到不同风浪流组合工况下系泊锚链与浮体之间系泊大缆的张力变化曲线,分析张力及大缆的变化特性,为串靠外输作业提供参考依据.     

系泊多浮体耦合系统水动力特性数值分析

基于系泊浮筒链防撞系统,利用AQWA软件对不同海洋环境下的系泊多浮体耦合系统进行全耦合时域分析,得到浮体的运动响应和缆绳受力情况。结果表明,系泊缆绳最大张力出现在端部系泊缆上,中部系泊缆的迎浪侧缆绳比背浪侧缆绳张力大;单纯波浪环境下,浮体平均横向位移较小,在初始位置往复运动,波流共同作用时浮体发生前后摆动,在水流前进方向运动量较大,而且不能回到初始位置。最后将数值模拟结果与现有试验结果进行对比,验证了该全耦合时域分析方法的可行性,能够为系泊多浮体耦合系统的水动力特性研究提供参考依据。