小攻角水下航行体定常空泡外形计算方法

水下航行体上的空泡在攻角、重力及航行体的外形影响下,空泡的迎水面外形与背水面外形并不对称,这种不对称空泡外形对空泡水动力或航行体弹道有极大影响.本文结合动量原理和空泡独立膨胀原理,在小攻角条件下建立了定常三维空泡外形的方法.     

大攻角水下航行体自然空泡流的数值模拟研究

基于相分数输运方程型的均质平衡流空化模型,采用有限体积法研制了大型空泡流计算程序,对大攻角下运行的水下航行体三维空泡流进行了数值模拟,并与实验结果进行了对比.首次将非线性涡粘湍流模式与基于Rayleigh-Pies-set方程的TEM型空化模型相结合,建立了自然空泡流的数学模型.采用基于SIMPLE的压力-速度-密度耦合修正算法、二阶精度三时间层格式以及基于延迟修正的高阶对流TVD格式.计算模拟了0.2～0.6空化数、4°～20°攻角的不同工况,得到的三维空泡形状及压力分布与实验结果相符.研究了大攻角下航行体周向上的空泡形态分布特征,给出了多种空泡尺度和升阻系数与空化数和攻角之间的关系.通过定量分析发现,空泡的不对称性导致航行体某些部位受力集中,表明高速带空泡运动的航行体在大攻角运动中其结构将受到巨大的水动力载荷.计算还发现,大攻角下的阻力系数与空化数之间的关系和零攻角条件下刚好相反,并根据空泡的不对称性从形状阻力与粘性阻力的关系上对这种现象作出了解释.     

水下航行体非定常垂直空泡长度的计算

带空泡航行体从水下朝水面运动时,空泡将受到重力梯度和空泡记忆效应的耦合影响而呈现出特殊的非定常特点。为了计算有限水深重力场中的空泡长度,文章在Paryshev空泡动力学数学模型(Delay Differential Equations,DDEs方程)基础上,增加了重力影响项;同时为了快速求解上述空泡DDEs方程,对DDEs的数值方法进行了改进,提出了一种效率更高的对延迟时间点进行局部拟合的方法。最后利用新方法求解了带重力影响的空泡DDEs方程,计算结果与试验结果吻合。     

轴对称体与导管推进器组合体的三维复杂流场的计算与分析

本文用CFX-TASCflow对轴对称体与导管推进器组合体的三维复杂粘性流场(Re=4.8×107)进行了模拟计算.本问题用RANS方程和k-ε模型联合求解,其实现过程稳定而且高效;求解中采用ILU(Incomplete LowerUpperfactorization)光顺技术,适合于采用AMG/ACM方法,同时也比较容易在质量和动量方程中将速度和压力变量耦合求解.数值结果具有较好的规律性和合理性.与此同时,本文得出了用试验方法难以测量的大量的数值结果,分析了推进器在非自航状态和自航状态下的性能、导管内部轴向、径向和周向速度场、压力场在相互作用中的具体形态和结构,并定性地分析了它们对水动力噪声、空泡生成以及振动的影响,更重要的是为减少这些不利影响明确了解决的办法,为导管推进器的工程设计提供了切实可行的理论分析方法和技术思想,对工程实际具有重要的指导作用.     

转弯运动通气超空泡形态及流场结构数值研究

超空泡航行体机动过程中空泡形态的预测是目前该领域亟待研究的问题。文章在两流体多相流模型的框架内建立了用于求解通气超空泡流转弯机动的三维数值模型。通过求解RANS方程和SST(Shear Stress Transport)湍流方程,预测了圆盘空化器转弯机动条件下生成的通气空泡形态,并同Logvinovich独立膨胀原理的计算结果进行对比,验证了文中数值模型的有效性。在此基础上,分析了转弯半径对通气空泡的形态尺度的影响,对比研究了不同弗鲁德数条件下通气空泡的流场结构。     

囊式空气弹簧机械阻抗特性研究

根据小幅振动的线性叠加原理将囊式空气弹簧分成几个简单的可解析计算的规则区域,结合线性空气波动理论求解出空气弹簧内部声压场的分布。根据弹性薄壳无矩理论推导出旋转壳体状态向量的一阶常微分矩阵方程,利用齐次扩容精细积分法推导出壳体的传递矩阵,结合动力平衡方程求出空气弹簧在位移谐波激励下所受到的激励力,进而得出其机械阻抗。算例结果表明该方法合理可行,为运用近似解析法分析空气弹簧的阻抗特性提供了一种新的思路。     

超空泡流体动力学研究进展

简要介绍了超空泡武器的种类和用途、国外超空泡武器的发展概况,详细介绍了超空泡武器研制涉及的主要水动力学问题及国外的研究进展情况.这些问题包括超空泡的生成、发展及稳定性,超空泡航行体的水动力特性和航行体的水弹道等.指出了该领域的一些有待进一步解决的水动力学问题.     

小攻角水下航行体定常空泡外形计算方法

水下航行体上的空泡在攻角、重力及航行体的外形影响下,空泡的迎水面外形与背水面外形并不对称,这种不对称空泡外形对空泡水动力或航行体弹道有极大影响。本文结合动量原理和空泡独立膨胀原理,在小攻角条件下建立了定常三维空泡外形的方法。     

航行体锥段线型对自然空泡特性影响的数值模拟

针对多种不同锥段线型的航行体,对其自然空泡形态及减阻特性进行了数值模拟研究.得到了各条件下空泡形态随空化数的变化关系、拟合曲线,以及阻力系数随空泡长度的变化关系.通过对比分析,得出了航行体锥段线型对空泡形态及减阻特性的影响规律.结果表明,锥段线型对空泡形态影响不明显;当空泡闭合于航行体锥段时,锥段线型为圆弧的模型阻力系数较小;而当空泡闭合于航行体柱段或形成超空泡时,各模型阻力系数趋于一致,几乎不受锥段线型影响.     

垂直入水空泡内部压强分布数值研究

基于RANS方程,在VOF多相流模型中嵌入水蒸汽和水之间的质量输运模型成功实现了垂直入水空泡流的数值计算。通过与试验结果的对比说明了以上数值方法的可信性,并在此基础之上对带不同锥角头型圆柱体以不同速度垂直撞击自由液面后所生成的空泡内部压强分布进行了深入分析,结果表明:在入水空泡形成阶段,空泡内部压强会出现较大的降低现象,并随着空泡的发展压强值逐渐趋于稳定;空泡形成阶段空泡内部压强随入水物体头部锥角增加而增加;在开空泡阶段空泡内部压强低于环境压强,并随着入水速度增加而呈降低变化趋势,空泡内部压强轴向和径向分布较为稳定,没有较大的压强梯度;在空泡趋于闭合阶段空泡内部压强出现较大的波动,其变化规律与空泡内部空气复杂速度场变化规律相吻合。     

大连港大窑湾北防波堤基床淘刷与治理试验研究

大窑湾港区是大连港集装箱核心港区,北防波堤直立段采用改进的梳式沉箱结构,受台风影响,空腔内栅栏板移位、基床被淘刷。为了认知基床淘刷原因,使用非线性波浪水槽进行模型试验研究。研究确认波浪传播至空腔内剧烈紊动、导致基床浮托力增大是栅栏板失稳、基床淘刷的主要原因。采用翼板开孔可有效减小基床浮托力,但增大了透过波浪和流速。综合考虑基础稳定性、透过波浪、施工条件等因素,确定了翼板开孔3 m、将栅栏板厚度由原来的0.5 m加大至1 m的治理方案。试验验证了该方案的可行性。     

二维水翼非定常空泡流数值模拟

对非稳态空泡流现象的研究已成为当今一个研究重点。空泡非稳态脱落及其内部流动结构越来越受到研究人员的关注,但对其研究目前仍主要依靠实验手段。发展有效的数值模拟方法研究相关的机理具有重要的意义。本文从RANS方程入手,采用状态方程空化模型和计及可压缩性的SIMPLEC算法,实现了二维水翼CAV2003非定常空泡流动的数值模拟。研究了空泡从初生、发展、断裂,以及最终空泡在下游高压区溃灭的整个过程。计算表明,回射流并非完全液相的,而是汽液两相的。近壁面的回射流是导致空泡脱落的主要原因。最后,通过与第五届国际空泡会议上发表的7篇文献的对比,发现本文的计算结果是合理的。     

格型钢板桩与复合地基组合式岛壁稳定性研究

结合某海上人工岛工程实例,以有限元软件PLAXIS 3D作为分析平台,建立格型钢板桩岛壁结构稳定性分析的空间弹塑性有限元模型。研究软土地基上格型钢板桩结构的变形与稳定特性,分析当格型体与多种复合地基相组合时对岛壁结构稳定性的影响。结果表明,对格型钢板桩内外土体进行地基加固后,结构稳定性均有不同程度的提高,特别是在岛内即格型体陆侧进行一定宽度高压旋喷桩的处理后,岛壁结构的稳定性大幅度提高,并能有效控制使用期人工岛的沉降量。分析成果对类似工程以及格型钢板桩结构在软土地基上的推广应用有参考意义。     

静压下考虑腔压的吸声覆盖层吸声性能分析

[目的]潜艇外壳表面敷设的水下吸声覆盖层在高静水压力作用挤压后的形状、材料参数都会发生改变,使吸声性能受到较大影响,故研究此影响对于潜艇声隐身性具有重要意义.[方法]考虑空腔内压力对静压下覆盖层形变的作用及吸声性能的影响,基于轴对称有限元仿真,计算含圆柱形空腔水下吸声覆盖层的单胞变形;将形变量导入吸声覆盖层的一维理论模...     

内覆防水吸声层的海水消声器声学性能计算

对内部进行了防水吸声处理的海水消声器进行了声学计算,提出了分析此类问题的数值仿真方法：首先运用分层媒质理论对含空腔防水吸声层的声学性能进行计算,利用ANSYS建立海水消声器的三维有限元模型,导入SYSNOISE软件中并将防水吸声层的吸声系数及表面声阻抗作为边界阻抗计算消声器内部声场的声压分布以及传递损失。对某内覆防水吸声层的海水消声器的声学特性进行了数值计算和分析,研究结果对提高含防水吸声结构海水消声器的降噪效果具有重要意义。     

Determination of t8/5 cooling times for underwater local dry welding of steel

Knowledge of thermal history is the basic condition for studying the structure - properties of welded joints. The determinant of thermal history is the thermal cycle, whose in-situ measurements are still a big challenge. Water as the welding environment complicates this issue even more. The article presents a method to determine an equation for calculating t_8/5 cooling times for underwater gas metal arc welding of unalloyed steels using the local dry cavity method. The work uses the contact method of temperature measurements with the use of thermocouples to obtain the temperature changes of the points of welded joints covered by the thermal field. On this basis, the values of the t_8/5 cooling times were determined. A regression analysis of the Response Surface Method was used to determine the equation, which resulted in a second-order model with interactions. Statistically significant factors were determined (thickness of welded elements and heat input value) and the model veracity was confirmed as the assumptions of normality and homogeneity of variance (homoscedasticity) of the residuals were met. The t_8/5 cooling time values depend on the thickness of the welded elements and heat input value in a nonlinear way. In terms of the test conditions, the cooling times ranged from 3.0 to 7.7 s. The equation allowed for the calculation of t_8/5 cooling times during underwater welding of unalloyed steels using the local dry cavity method based on the variability of the experimental conditions with satisfactory accuracy.     

船舶螺旋桨避振器模拟装置试验研究

发展了使固有频率可由腔室内空气压力和作为动吸振器质量的水量调节来控制的动吸振装置。作者进行了模型试验，试验结果显示了流体动吸振器有如下优点：１）吸振器频率容易改变；２）减振器效果恒定，可靠；３）装置费用经济，节约。     

永磁接触器动态特性仿真分析

提出了一种适用于永磁接触器合分闸过程的动态仿真分析方法,利用Matlab语言的Simulink功能建立了动态仿真模型,该模型主要包括根据电压平衡方程和达朗贝尔机械运动方程建立的电压平衡子模型和机械运动子模型。位移、磁链和电流之间的非线性关系先由有限元方法求得,用于仿真计算中已知位移和磁链时电流的查表计算,可大大提高仿真速度和精度。通过样机的试验数据,验证了仿真模型的正确性。     

船舶直流综合电力系统小信号稳定性分析

针对船舶直流综合电力系统参数匹配复杂的问题,通过建立系统数学模型,提出将基于状态空间方程的小信号稳定性分析运用于船舶直流系统中进行控制参数设计的方法,对系统在控制参数变化的情况下进行稳定性分析,得到对应参数的稳定区域,并在Digsilent/Power Factory环境下搭建仿真模型验证结论有效性,为系统的控制参数设计提供支撑。     

通气空泡的形态特性研究

通气空泡的形态直接影响水下航行体的航行性能,文章采用数值分析方法对二维典型平头型航行体在不同通气孔位置、通气流量、通气角度条件下通气空泡/超空泡的形成,以及有侧壁干扰作用下的通气空泡形态进行分析.研究结果表明:上述各通气参数的合理配置对稳定超空泡的形成至关重要,且必须对洞壁影响下的试验结果进行修正.