桥墩对周围海域水动力环境影响研究

建设在海岸河口水域的大桥桥墩,会增加桥位水域的阻力并减小过水断面,从而对周围海区的水动力环境产生一定影响,而海岸河口水动力较为复杂,单纯采用某一种研究手段往往难以全面地分析这种影响。文章以浙江省温州市大门大桥为例,通过对大桥所在的大、小门岛和沙头水道海域的水动力条件、泥沙条件及地形冲淤变化进行分析,掌握了该海域的水文泥沙环境与冲淤演变规律,对大桥建设后地形演变趋势进行了预测;然后又建立了二维潮流场数学模型,模拟研究大桥建设对周围海区的潮位、水流、潮量等水动力环境的影响。结果表明:工程建成后,工程对周围海域水动力环境影响仅在桥位附近,不会引起其他水道和海域的改变。     

围填海工程对天津海域水动力环境影响的数值分析

建立了天津海域平面二维水动力数学模型,使用有限差分的ADI方法对模型进行离散,分别模拟了南港工业区围填海工程前后天津海域的潮流场,通过对比工程前后的潮流特征,分析南港工业区建设对整个天津海域的影响范围及影响程度。结果表明,南港围填海工程的实施不但对工程内部及其外侧水域产生影响,还对已建的天津港主航道、临港工业区及大沽沙航道、临港产业区及其航道等各区域产生一定的影响。     

敞水舵水动力的数值模拟

直接用Euler/N-S方程求解水翼绕流的计算和设计问题,是目前这一领域研究的热点.在大型通用CFD商业软件FLUENT平台下,利用有限体积法和RNG湍流模型直接求解RANS方程对敞水舵流场进行了数值模拟,并计算了敞水舵水动力性能.利用SIMPLE算法求解,采用了二次迎风格式离散动量方程和离散湍流能量方程,所得结果和试验数据、实际情况进行比较,吻合性比较好,对于敞水舵的水动力性能研究和设计具有一定的参考价值.     

直翼推进器水动力性能数值模拟

在直翼推进器的工作原理分析的基础上,以某型直翼推进器的缩比试验模型为研究对象,利用基于计算流体力学的数值模拟方法进行了建模与仿真,并通过将数值仿真结果与试验数据相比较的方法验证了仿真方法的准确性。在此基础上,对直翼推进器的流场特性、敞水性能、桨叶及整桨载荷等水动力特性进行了分析,为直翼推进器水动力性能预报及桨叶及推进器设计提供了技术支撑。     

波浪中两个浮体水动力相互作用的数值计算

如果两个相距较近的浮体漂浮在波浪中,那么作用在每个浮体上的流体将与仅及单个物体的情况不同。由于相邻物体的遮蔽效应及波浪反射的影响,作用在其中一个物体上的游泳力也会变化。此外,由于上邻物体的辐射波作用,另一个物体也会受到附加的辐射力。本文一维一势流理论计算了两个浮体的水动力相互作用,通过与现有计算和试验结果的比较,说明计算程序是可靠的。文中还给出了两船水面补给时的水动力相互作用计算结果。     

填海造陆围堰工程龙口水动力数值模拟

基于FVCOM模型,结合实际工程建立工程区域水动力数值模型,分析填海造陆围堰工程在不同口门宽度和不同潮位条件下龙口处的流速变化情况。结果表明：1）龙口区域潮流方向垂直于口门方向,大潮时期流速较大,小潮时期流速较小,且随着口门宽度增大,流速逐渐变小;龙口端部的聚集效应导致流速最大值出现在距离口门两端20 m左右的位置,而在口门中部较小;涨急时刻的流速明显大于落急时刻。2）工程龙口宽度在保护期宜取200~250 m,堵口期宜取100~150 m;保护期应注意龙口两侧端部附近区域的冲刷情况,堵口期应选在月小潮期间。总体而言,龙口宽度对周边流速影响明显,总结了不同工况下口门流速特点,根据数值模拟结果给出龙口宽度建议值,并通过数据分析给出龙口堵口期的合理时间。研究成果可为类似工程设计和施工提供参考。     

太湖水动力对悬浮泥沙作用的数值模拟*

湖泊中悬浮物浓度的影响因素主要是水动力条件,研究太湖水动力对水生植物的影响,有利于通过改善水动力条件来改善太湖水生态。采用三维水动力水生态数值模拟软件,建立太湖湖流模型和波浪模型,并经过模型验证;将验证好的湖流和波浪模型结果用于泥沙悬浮物模型的输入条件,计算不同湖流和波浪条件下的太湖冲淤变化和悬浮物浓度值,分析湖流和波浪对悬浮物浓度的影响。结果表明,太湖的水动力驱动作用力主要为风,风速越大,湖中水流和波浪越大,引起的悬浮泥沙浓度越大。利用数学模型可以很好地模拟太湖水流、波浪和泥沙三者之间的关系。     

箱形船水动力特性的数值计算

本文采用RANS方程和RNGκ—ε二方程湍流模型对带自由表面的箱形船的水动力特性进行数值计算。数值计算时,使用有限体积法离散控制方程,对流项采用二阶迎风差分格式,扩散项采用中心差分格式,对一艘方形系数为0．95的箱形船进行一系列速度下流场、阻力、兴波、下沉和纵倾的数值计算,并与在中国船舶科学研究中心拖曳水池进行的模型试验进行全面的比较,结果令人满意,是自由面绕流的数值计算在箱形船这样特殊的船型上的成功尝试。     

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。     

螺旋桨四象限水动力性能数值模拟及应用

在螺旋桨数值模拟领域里,敞水桨四象限(前进中正车、前进中倒车、后退中进车、后退中倒车)的水动力性能研究几乎是空白。本文从桨的几何构建,网格生成,第一、四象限和第二、三象限的不同求解模式及流场特征,第二、三象限推力系数曲线拐点及相应的环流涡,进行了数值模拟和分析。对桨四象限的应用,以制动机动为例进行探讨。     

高边墩预应力钢筋混凝土坞式闸室三维数值仿真分析

为分析研究高边墩预应力钢筋混凝土坞式闸室结构的受力性能和计算方法,以安徽省颍上船闸工程为例,采用三维空间有限元模型,模拟墙后回填施工过程,计算作用于闸墙后的土压力荷载。由此进一步分析结构的变形和应力分布。对比分析有限元计算结果与实测值可以得出,计算值与实测值接近且趋势吻合。研究表明,当合理考虑土体和闸室的相互作用,并精确模拟回填施工过程,通过三维空间有限元可有效分析预应力闸室结构的受力性能。     

舰船顶浪遭遇畸形波的波浪水池数值模拟研究

畸形波对船舶航运极具威胁,已引发多起海上事故,因此有必要对舰船遭遇畸形波进行数值模拟。基于长峰波随机海浪模型,在相位调制生成畸形波的同时考虑了舰船航速的影响,可以对舰船在顶浪航行定时定点遭遇畸形波的非线性波浪环境进行建模,利用CFD生成数值波浪水池,并对畸形波生成过程中畸形参数、峰度、陡度的变化以及速度分量随深度的变化进行分析,从一定程度上反映畸形波的演化特性,并验证数值模拟的有效性。     

基于重叠网格的导管桨非定常水动力性能数值模拟

为了研究特种推进器导管桨在非定常下的水动力性能,本文提出一种基于重叠网格的方法,实现了导管桨旋转过程中的非定常水动力性能仿真高精度模拟。本文通过求解RANS方程,采用湍流模型Realizableκ-ε,借助新款计算流体软件STARCCM+,应用重叠网格技术和MRF模型分别计算了导管桨在非定常与定常时的水动力性能,分析了压力流场细节,并与已有试验值进行对比,验证了采用重叠网格技术和STAR CCM+流体软件应用于导管桨非定常和定常水动力性能计算的可靠性。研究结果表明,应用重叠网格技术获得的非定常水动力性能的计算精度更高,尤其是在螺旋桨的推力和扭矩方面。     

数值波浪水池及顶浪中船舶水动力计算

基于粘流理论建立了三维数值波浪水池,模拟了非线性波浪,并对规则波顶浪中前进的拘束船模的水动力进行了计算.数值模拟中,控制方程-RANS方程和连续性方程使用有限体积法离散,非线性自由面采用VOF方法处理;在入口边界模拟柔性造波板运动产生入射波,使用位于波浪水池尾部的人工阻尼区消波.给出了非线性规则波的模拟结果以及规则波顶浪中前进的拘束船模的水动力计算结果,并与理论解及DUT(Delfi University of Technology)的试验数据进行了比较,二者吻合良好.     

轮缘推进器水动力性能数值分析

轮缘推进器作为一种新型的推进方式,取消了螺旋桨推进中轴系的设置,具有舱容占比小、噪声低和振动小等优点,可用于潜艇、鱼雷或者是游艇等海洋航行器,有广泛的应用前景。本文基于STAR-CCM+仿真软件,针对推进器流场进行数值模拟,采用SST k-ω模型完成对轮缘推进器水动力性能的数值计算,分析了建模时简化推进器驱动环间隙及桨叶弦长和螺距比对推进器水动力性能的影响。     

三维竖轴潮流水轮机水动力性能研究

竖轴水轮机作为潮流能转换为电能的核心装置,其水动力性能的优劣将会直接影响到整体发电系统的效率。为了研究大型竖轴水轮机叶片安装角对水轮机水动力性能的影响,基于多参考系模型(MRF),采用Fluent软件对流场中的模型进行3D数值模拟。在转速和来流速度保持不变,改变安装角时,分析同种翼型5个不同安装角叶片对潮流能水轮机的水动力性能的影响。同时分析在同一安装角和旋转速度条件下,不同来流速度对水轮机水动力性能的影响。结果表明,叶片安装角对竖轴潮流水轮机的能量利用率影响较大,来流速度对水轮机叶片表面的静压力和输出功率具有一定的影响。研究结果对今后竖轴水轮机的设计和生产具有借鉴意义。     

船闸闸室明沟消能工消能效果三维数值模拟

利用多重网格技术及VOF方法,在恒定流情况下,对侧墙长廊道单明沟、双明沟及三明沟消能工充水过程进行三维数值模拟。分析和比较各型式明沟的剩余比能、动能及流场分布,综合评判各型式明沟消能工的消能特性。研究结果表明,3种明沟型式比较,三明沟布置消能效果最优,单明沟和双明沟各项消能指标较接近,但双明沟消能条件下,其布置更为灵活,消能空间更大,水流分布亦较单明沟更为均匀,尤其是在减小闸室内横向水流对船舶的作用力方面较单明沟型式优越。     

九圩港铁路桥对通航与引排水影响的数值计算与分析

采用二维水动力数值模拟,计算桥梁修建前后的水流条件的变化,分析其对九圩港河道通航和引、排水的影响。计算结果表明：桥梁建设没有恶化通航水流条件,并满足通航净高要求,但在水位较低时无法满足通航净宽要求;桥梁建设引起的近岸流速的增大可能对近岸产生不利冲刷。采取疏浚清淤平顺岸线的改善措施以及护岸加固可以减小桥梁建设可能引起的不利风险。