疏水表面流体流动特性的格子Boltzmann方法模拟

采用格子Boltzmann方法研究了微形貌对固体表面润湿性的影响,在此基础上进一步模拟了具有微形貌的疏水表面通道内的流体流动,从法向速度、剪应力、滑移速度等角度分析了疏水表面的流场特性,揭示了疏水表面滑移流动的产生机制。结果表明,疏水表面的滑移流动是由低表面能作用和微形貌共同引起的。具有微形貌的疏水表面比光滑疏水表面具有更好的减阻效果,原因在于微形貌能够驻留气体,形成的气液自由剪切面加剧了疏水表面的滑移流动,最大滑移速度可以达到主流平均速度的50%左右。     

超疏水性表面上的流体滑移及其减阻应用(英文)

文章从边界层理论出发,探讨了超疏水性表面的微观结构模型,分析了流体的滑移长度对粘性阻力的影响机理.通过水槽和水洞的实验,研究了超疏水性表面在不同流动条件下的减阻特性.实验结果表明:在低雷诺数流动下,最大减阻量可达到8.76%,在高雷诺数流动下,最大减阻量可达到2.63%.     

船舶废气固体颗粒在捕集器中的流动沉积特性

颗粒捕集器广泛应用于船舶尾气处理领域，经常出现内部堵塞共性难题。采用数值模拟方法对固体颗粒在微通道内的流动与沉积过程进行计算与分析，发现流动速度与颗粒尺寸对于固体颗粒在通道内的流动与沉积特性具有重要影响。研究结果表明：随着船舶废气流动速度的增加，颗粒沉积位置由入口区域逐渐向远离入口500 mm的区域聚集；流动速度较小时，随着颗粒尺寸增加，沉积位置逐渐远离通道入口，而当流动速度较大时，随着颗粒尺寸增加，沉积位置逐渐靠近通道入口。     

高雷诺数圆湍潜射流的数值模拟研究

运用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法,基于不可压缩的Navier-Stokes方程,对真实尺度下的高雷诺数圆管湍流潜射流与自由表面的相互作用进行了数值研究.在圆管湍流射流过程中运用Realizable k-ε的雷诺时均(Reynolds average navier-stokes, RANS)模型,射流停止后,采用大涡模拟(large eddy simulation, LES)方法模拟大尺度涡在背景流体中的演化.研究表明:随着时间的推移,湍射流涡结构从球形冠状结构向具有准二维的流动特征转变,涡的前端出现明显的塌陷现象,并逐渐达到某种相对稳定的状态;从流场中纵剖面上来看,射流流体逐渐上升并向自由表面聚集,并有流体在自由表面处反射,形成斜向下的流动,同时中纵剖面上形成许多局部微小的涡结构;从自由表面上来看,流场从初始的具有速度辐射与速度汇聚中心而不形成涡的阶段向表面流体主要向前流动并出现涡演化的阶段转变.     

平板微气泡减阻预报及影响因素研究

假定气-液两相流均匀混合,且微气泡在水流中存在滑移,运用流体计算软件Fluent中的混合多相流模型对平板微气泡减阻过程进行数值模拟,研究了微气泡流的减阻机理及喷气速度与主流速度之比、微气泡大小、空隙率分布等对水中运动平板减阻效果的影响规律,并指出微气泡减阻率为喷气速度与主流速度之比的非线性对数函数,且存在相对饱和喷气速度,同时建立了一个平板微气泡减阻率大小的预报模型,并从理论上对减阻效果进行了预报。     

疏水微形貌表面水下减阻研究进展

疏水微形貌表面减阻是一种新型仿生减阻方法,也是国内外减阻研究领域的热点之一。该文在分析天然及人造疏水微形貌表面界面一般特性的基础上,从壁面滑移流动、表面微形貌等角度总结了国内外疏水微形貌表面减阻理论研究的最新成果,然后分类给出了近年来疏水微形貌表面减阻微观及宏观试验的研究进展,最后分析了疏水微形貌表面可能的减阻机理及目前存在的技术问题。     

增压器涡轮叶片间流体流动的数值模拟

从N-S基本方程出发,采用亚格子尺度模型,运用大涡模拟方法,通过建模和数值计算研究涡轮叶片间流体流动时周围流场的速度、压力、雷诺数和流线分布情况,得出涡轮叶片间流场参数的分布范围,发现各个工况点流场的变化规律和影响因素.该研究结果对增压器涡轮结构进一步优化设计具有重要的指导意义.     

微气泡流的数值模拟及减阻机理分析

本文采用k-ω湍流模型,进行微气泡流动的数值模拟.在数学模型中,将气泡流作为混合物的流动处理,同时考虑了气泡与水的相对运动.应用该模型,计算了不同气泡直径及喷入速度、不同主流速度下某三维回转体周围微气泡分布及其阻力变化,计算结果与已发表的试验研究的结论相当吻合.对计算结果的分析表明,微气泡减阻的关键是生成足够小的气泡并使之尽量附着在物体表面附近以获得较高的空隙率.     

表面微织构对船用滑动式中间轴承润滑性能影响研究

中间轴承是船舶推进系统重要部件,其润滑特性直接影响轴系工作状态。表面织构技术通过改变摩擦表面微结构,有利于润滑油膜形成,提高润滑油膜承载能力,改善轴承润滑性能,降低摩擦损失。本文建立考虑表面微织构的某船用滑动式中间轴承流体润滑数值模型,分析织构深度、特征长度、布置位置及面积率对中间轴承润滑性能的影响。研究表明,微织构结构参数对中间轴承润滑性能影响较大。本文研究结果对进一步提高滑动式中间轴承润滑性能,减少摩擦损失具有重要参考意义。     

拖式吊舱推进器的水动力特性分析

拖式吊舱推进器的螺旋桨与吊舱之间干扰剧烈,流动现象较为复杂,为研究拖式吊舱推进器的水动力特性,基于粘性理论,滑移网格技术,借助商用流体计算软件FINE/Marine,分别完成了三维实尺度的裸桨及吊舱推进器的敞水性能数值模拟。着重在吊舱对螺旋桨水动力性能的影响、吊舱侧向受力、吊舱表面压力和周围流场速度分布方面进行了分析。结果表明,由于吊舱的存在,螺旋桨的推力扭矩均有所提升,但是整体推进器的效率没有明显改善,反而使螺旋桨推力波动增大;吊舱在螺旋桨尾流影响下会产生额外的侧向力。     

电磁力控制潜艇近水面兴波绕流流场的数值研究

文章基于VOF方法,对Froude数(Fr)等于0.2时近水面不同潜深的潜艇绕流流场结构进行了仿真,主要研究了不同潜深的兴波特性及水下绕流艇身周围的流场结构特点。结果表明,接近水面时,艇身周围的流场结构受到兴波的影响而变得更加复杂,潜艇阻力和各方向力的扰动有明显增加。使用流向电磁力对潜艇头部和指挥台进行控制,加力后潜艇绕流流场结构发生改变,随着电磁力作用系数的增大,阻力显著下降,同时各方向力的扰动被抑制,整体稳定性有所提高。最后对头部和指挥台进行独立控制,对比结果表明头部控制在减阻减振方面的效果要好于指挥台控制。     

A finite pointset method for the numerical simulation of free surface flow around a ship

In this paper, we present a Finite pointset method (FPM) for the numerical simulation of free surface flow around a ship in calm water. It is a Lagrangian and meshless particle scheme which is applied to the projection method for the incompressible governing equations. This requires the solution of Poisson problems in each time step, so a moving least squares (MLS) interpolants is used for the spatial derivatives in order to discretize the Poisson equation with pressure-Dirichlet condition of free surface flow in meshless structure. Meanwhile, an additional problem of the periodic particle locations redistribution in the present approach is still handled by MLS interpolants. With the proposed FPM technique, problems associated with the free surface flow around a ship are circumvented. A verification of numerical modeling is made using the Wigley hull and the validity of the proposed methodology is examined by comparing the detail of wave profile and wave-making resistance with Series 60 model. The results demonstrate that FPM is able to perform efficient and stable simulations of free surface flow around a ship.     

粗砂水力输送多峰阻力特性

提出了实验中发现的一种挖泥船管道水力输送粗砂阻力特性的新类型——多峰阻力特性,而现有理论根本无法解释这一现象。应用两层模型方法,对出现多峰阻力特性的管道水力输送粗砂实验数据进行了计算,分析了多峰阻力特性与内部流动分层结构的关系。研究表明,这种新型的多峰阻力特性的出现,是由于管道内部流动结构特性,如上下两层分界面位置、两层浓度差、速度差等,随着浆体水力输送平均速度的变化,出现了增减交替而非单调的变化。     

基于波叠加法的声辐射阻计算研究

机械结构的声辐射功率直接表征了结构向外辐射的声能量,而结构表面声辐射阻则反映了该结构向外辐射声能量的能力。文章基于波叠加法,研究声场的声压、源强度和表面法向振动速度之间的关系,推导了结构声辐射阻矩阵。针对典型的声学结构,计算了其表面辐射阻。根据声辐射阻定义,设计了声辐射阻的测量装置,通过实验验证了理论计算方法的正确性。且对一般复杂结构,研究了结构声反射及共振对声辐射阻的影响。     

The wet-towing resistance of the composite bucket foundation for offshore wind turbines

The composite bucket foundation (CBF) is a new and environmentally-friendly foundation for offshore wind turbines. This foundation can be prefabricated in batches onshore followed by integrated transport and installation at sea. The structure itself has a subdivision air cushion structure that enables the foundation to float stably on the water surface and realize long-distance towing of the foundation. The mechanism of this air-liquid-solid coupling towing process is complicated, and the influence of the bulkheads on the towing resistance is not clear. In this paper, the influence of the subdivision structure on the towing resistance of the CBF is compared with the tow test in hydrostatic water. The structural motion characteristics and the change of the cushion pressure are also analysed. Experiments are used to verify numerical calculation results. The flow field difference between the CBF with bulkheads, the CBF without bulkheads and the real floating structure was analysed. The dynamic pressure coefficient was used to analyze the force at surfaces of different CBF's. For the tow test and numerical calculation of multiple CBFs, the optimal multi-CBF tow distance and towage number are obtained through the calculation of energy consumption rate.     

断阶滑行艇喷气减阻机理研究

本文通过艇底流态显示、艇体运动姿态及阻力测量，研究了滑行艇艇底喷气对流场、阻力等的影响规律。断阶稍前处喷气引起总阻力和浸湿面积的大幅减少，喷气所减少的阻力成分为摩擦阻力，喷气对剩余阻力的影响甚微。     

绕船体粘性自由面流动的数值计算

考虑自由面的船舶粘性流动计算由于其复杂性和对计算机硬伯的较高要求，只是到了最近几年才得到较大发展，而在国内尚属起步阶段。本文使用VOF方法计算了绕Wigley船型的粘性自由面流动，流模式选择了SSTκ-ω模型。计算获得了船体上波形以及船波等值线图，同时考察了三个不同横截面上的流动状况。计算得到的阻力还和发表的试验结果作了对比，结果令人鼓舞。     

数值模拟现代水面舰船带自由面的湍流绕流场

为了研究带自由面的船舶湍流绕流场,选择了一艘ITTC推荐的公开船模作为模拟对象,数值求解RANS方程。此模型为带声呐导流罩和方形尾封板的复杂水面舰船。采用Ogrid块拓扑算法生成质量较高的纯六面体多块结构化网格,计算中采用RNG k-ε湍流模式和标准壁面函数,并使用VOF算法来捕捉自由面。空间离散采用QUICK格式,压力-速度解耦采用PISO算法。将阻力和波形的数值结果与实验数据相比较,总阻力系数误差约2%,船侧波形、船首自由面吻合良好,显示了CFD方法在船舶水动力学中预测带自由面湍流绕流场的有效性。     

基于CFD的潜艇阻力及流场数值计算

运用雷诺平均N-S方程,使用CFD前处理软件ICEM CFD划分流场网格,采用RNG k-ε湍流模型,实现了对裸潜体、带指挥台围壳艇体、带十字尾翼艇体、全附体潜艇4种模型的阻力及粘性流场的数值模拟。通过数值模拟,得到了潜艇表面压力分布情况和附体附近流场的一些特性,为进一步优化潜艇的艇型和分析潜艇的流噪声打下了基础。而阻力的对比在一定程度上验证了数值模拟的可靠性。     

基于物面重叠的多附体船舶阻力数值模拟

阐述物面重叠技术,介绍重叠网格的基本原理以及物面重叠的处理方法,在此基础上采用单相Level-Set捕捉自由面方法和RANS方程对某型带多件附体的船舶进行阻力数值模拟,对其流场和自由面波形进行分析。与模型试验结果进行对比发现:数值计算结果与试验结果吻合良好,误差满足工程精度要求,验证了物面重叠技术应用于多附体船舶阻力数值模拟的可靠性。