应用分区有限体积法数值计算舵粘性水动力

通过数值求解不可压缩粘性流的RANS方程计算均匀来流中的船舵水动力。采用标准的κ-ε湍流模式封闭方程，并用二阶有限体积法在非交错分区贴体网格上对守恒方程进行离散；采用Rhie和Chow的插值方法确定单元面的质量通量，用SIMPLE法求解压力分布，用壁函数法处理壁面边界条件。对一种NACA冀型舵在两种不同雷诺数下大攻角范围的流动进行了计算，得到的舵水动力与试验结果和他人的计算结果进行比较，在舵未达到失速角前吻合良好，而所确定的舵失速角与最大升力值则均偏小。失速角后舵背流面的流动分离点也能捕捉到。最后分析了雷诺数对舵水动力的影响。     

绕船体自由表面流的数值模拟

本文采用RANS方程和VOF算法数值模拟了系列60粘性自由面流动，比较了幂指数律，二阶迎风，QUICK格式对计算结果的影响，详细给出了波形，阻力，伴流等的计算结果，与试验及其它计算结果比较显示本文的计算方法具有较好的计算精度，可用于船型性能分析和优化。     

通量差分分裂上风差分格式求解不可压缩流动的三维NAVIER—STOKES方程：Wigl

本文阐述了采用人工可压缩方法计算不可压缩流体的流动问题，对一般曲线坐标系下的流动控制方程采用Ｒｏｅ的通量差分分裂型上风差分格式和二阶中心差分析离散，在隐式求解格式之下，代数方程组用线松弛方法求解。本文计算了二维圆椎绕流和Ｗｉｇｌｅｙ船的绕流问题，计算结果同试验结果相当吻合。说明本文提供的方法是处理不可压缩流体问题的可靠方法。     

船舶轴系扭转振动计算的Riccati传递矩阵法

本文建立了船舶轴系扭振计算的Ｒｉｃｃａｔｉ传递矩阵法的数学模型，编制了通用程序，并用此方法对船舶轴系扭转振动问题进行了计算与分析。结果表明：该方法在数值稳定性及精度方面优于Ｍｙｋｅｓｔｅｄ－Ｐｒｏｈｌ传递矩阵法，而计算量则小于系统矩阵法。     

水环真空泵内部气液两相流动的数值分析

文章采用CFD软件,利用VOF气液两相流动模型,滑移网格技术和二阶精度迎风格式数值研究了水环真空泵的泵壳内的三维两相流动特性。文中给出了计算结果的三维两相分界面,速度矢量和静压等值线分布的分析,结果与经典理论分析结论一致,验证了本文数值计算方法的可靠性。本文工作为理解和掌握水环真空泵内部真实流动特性和提高水环真空泵的效率提供理论依据和数据参考。     

船舶尾部流动与多个螺旋桨相互干扰的数值模拟

本文使用RANS方程，K－ε模型和螺旋桨升力面理论，通过力场模型将船舶尾部流动计算程序和螺旋桨性能预报计算程序耦合，用数值方法模拟了由多个螺旋桨驱动的船舶尾部流动的复杂结构和形态，初步探索了船尾流动与多个旋转螺旋桨之间的强烈相互作用。一个带四桨的船模作为数值例子。给出了计算结果并作了定性和定量的分析，与可用的试验结果作了比较，较为吻合。     

涡轮增压系统流动计算贴体网格生成

应用椭性ｐｏｉｓｓｏｎ方程对ＭＰＣ涡轮增压系统自动生成流体计算贴体网络；根据这一方法编制计算程序、对ＭＰＣ模块进行数值求解，生成贴体网格坐标。计算结果表明：这种方法对涡轮增压ＭＰＣ系统对这样结构形状复杂的管系生成流动计算的贴体网络是一种很合适的方法。     

闸门开启过程中水体流动的数值模拟

为了预测水坝，船闸等上下游水流的运动规律，本文采用流体体积（ＶＯＦ）法，就水利工程中常见的闸门开启过程中的水体流动现象作了数值模拟。计算值同ＭＡＣ法进行了比较，结果令人满意。     

波浪中航行船舶水动力和运动分析的Rankine源高阶面元法研究

基于三维频域势流理论,采用计及定常绕流影响的物面和自由面条件,建立了求解波浪中航行船舶水动力和运动响应的Rankine源高阶面元法。采用九节点等参单元离散船体表面,引入Rayleigh人工阻尼项消除自由面截断处波浪的反射,并基于积分方法计算物面条件中的mj项。为了反映波浪自船头向船尾传播的特性,提高数值计算稳定性和精确性,采用二阶迎风差分格式处理自由面条件中速度势的二阶空间导数。选择不同的自由面范围和网格密度对船舶在典型工况下的水动力系数进行计算和分析,以确定达到收敛要求的离散参数取值。在此基础上,针对不同船型在不同遭遇频率下的水动力和运动响应进行数值预报,并将它们与试验及其它数值方法的结果进行对比,表明用该方法计算的结果与试验数据吻合良好。该方法与基于线性均流和常值单元离散的Rankine源法相比精度更高,对于船体外飘的船舶水动力计算要比移动脉动源法更为稳定。     

黄河三角洲海域的潮汐流动数值模拟

文章将一种有效处理浅水流动计算中的Roe型二阶精度迎风型FVM格式应用到平面二维浅水流动数学模型中.为保证Roe格式的稳定性,应用Ropers格式以解决通量梯度项与源项的平衡问题.为避免源项引起的计算不稳定,对源项采用分步法及半隐式求解.在此基础上,应用该模型对地形复杂的黄河三角洲海域潮汐进行了实际数值模拟.并对其水动...     

极浅水多体波浪能发电装置锚泊系统设计

采用三维势流理论对多体波浪能发电装置进行频域水动力计算,分析极浅水效应和多体间相互作用对单体发电装置的水动力性能的影响。利用Orcaflex软件建立多体波浪能发电装置数值模型,浮体间采用铰接进行连接,并利用弹簧单元模拟发电液压缸的弹性阻尼作用。为极浅水多体波浪能发电装置设计合理的锚泊方案,采用时域动态耦合方法进行分析,同时考虑极浅水效应、多体影响和二阶低频力,根据API规范对自存工况下的锚泊缆强度进行校核,并对确定选用的锚泊方案进行敏感性分析。通过对计算结果进行分析,发现在进行浅水多浮体锚泊设计时,低频波浪载荷、多体相互作用和海底摩擦不可忽视;对于极浅水的锚泊系统设计,Lazy wave 型锚泊形式优于传统悬链线式锚泊。上述研究工作为近海极浅水海域新型海洋能发电装置锚泊系统的设计提供了新的参考和思路。     

二维物体上的二阶波浪力

近年来,作用于固定式或浮式海洋结构物上的非线性波浪力正在引起广泛的注意。本文处理了规则波对固定的二维物体的二阶非线性影响,协调地求得了二阶绕射势,并进而得到了二阶定常波浪力和二阶倍频波浪力。 借助于切片理论,此方法和结果似也可用来预估船舶或某些半潜平台的二阶波浪作用力和二阶运动。     

支持向量回归机不敏感因子ε对运动建模的影响

通过对仿真Z形试验数据的分析,应用具有不同不敏感因子ε的ε-支持向量回归机(Support Vector Regression,SVR)辨识了船舶操纵运动二阶线性响应模型中的K,T等操纵性指数,并利用回归得到的响应模型进行了Z形试验的数值模拟。通过比较采用不同不敏感因子ε所得首向角和转艏角速度的预报结果,表明可以通过调节不敏感因子ε值来控制样本输入中支持向量的个数与ε-SVR的回归精度。     

Accelerated second-order hydrodynamic load calculation on semi-submersible floaters

A rapid method for calculation of second-order hydrodynamic wave loads on semi-submersible platforms is developed and validated against radiation–diffraction theory. The method is based on slender-body theory and builds on modal truncation of the quadratic transfer function (QTF). The semi-submersible floater is split into individual members and the existing theory for vertical cylindrical columns is extended to include the heave force. Further expressions for the surge, heave and pitch load on the horizontal pontoons are derived and implemented. The accuracy of the method is assessed by comparison to radiation–diffraction results using the Pinkster approximation. We find that the slender-body approximation for the column surge force is most accurate for small values of the diameter-to-draft ratio. For the three sea states considered, this error is below 10% for diameter-to-draft ratios less than 0.2.Error analysis is provided for the column heave and pitch and the pontoon loads. For all members, application of 128 modes in the QTF approximation is found sufficient to accurately represent the full slender-body QTF solution.Next, the first- and second-order loads on the full floater under different sea state conditions are compared to radiation–diffraction theory. With 128 modes, the second-order loads are obtained 2500 times faster than with conventional approaches with error levels of 22% for surge, 10% for pitch and zero error for heave. The surge error is discussed and linked to the small draft of the columns. The numerical efficiency of the method allows the consideration of second-order loads in the first stages of the design and optimisation of semi-submersible floaters.     

Second-order sum-frequency wave diffraction by a truncated surface-piercing cylinder in bichromatic waves

This work considers the second-order sum-frequency diffraction problem for a stationary truncated surface-piercing circular cylinder in bichromatic waves. The solution method was based on a semianalytical formulation of the second-order sum-frequency diffraction potential. The boundary conditions were properly satisfied by introducing the “locked” and the “free” wave components of the nonlinear velocity potential. The method was validated by comparing the calculated results with numerical data previously reported by other authors. Particular attention was paid to the second-order sum-frequency heave forces and the change in the wave run-up configuration due to the existence of the lower fluid domain underneath the truncated cylinder.     

On nonlinear ship waves and wave resistance calculations

A finite difference method based on the Euler equations is developed for computing ship waves and wave resistances. Time marching is carried out using a time-splitting fractional-step method. The second-order central difference is used to discretize the spatial differentials, while the convection terms are discretized by the QUICK scheme. A body- and free-surface-fitted grid system with a cell-centered stencil is used. A Poisson equation for the pressure increment at each time step is solved to enforce mass conservation. The method is validated by comparing the numerical results with the experimental data for a Wigley parabolic hull. The characteristics of ship waves, such as the wave profile along the hull, the wave pattern on the free surface, the pressure distribution on the hull surface, and the wave-making resistance are reasonably predicted. The calculated results are in good agreement with the experimental data. Received for publication on Oct. 13, 1998; accepted on Jan. 20, 1999     

某空压机共振故障的诊断与处理

船用设备共振状态的判断对故障诊断与处理十分重要。某空压机横向振动剧烈,为判断其是否处于共振状态,文章首先通过敲击法获得强噪声背景下的冲击响应信号,采取分时段频谱分析的方法粗略估计固有频率。然后,分别采用带通滤波和小波降噪的方法处理含噪信号,确定了系统横向一阶和二阶固有频率。其中,二阶固有频率与转频接近,从而导致共振故障。最后,采取更换隔振器的处理措施,系统横向固有频率增大70%,振动降低54.6%。     

电网畸变条件下的功率变换器并网同步法

本文研究一种在电网畸变条件下的功率变换器并网同步法,该方法为MSOGI-FLL,MSOGI构成的谐波解耦网络可以滤除谐波并检测出基波正负序分量,FLL可以动态跟踪电网频率。本文分析MSOGI-FLL的性能,并与DSOGI-FLL进行对比。最后,利用MATLAB仿真软件对这两种算法进行仿真验证,仿真结果验证MSOGI-FLL的性能。     

基于动量守衡思想的二阶控制系统研究

对二阶开环系统的阶跃输入响应特性进行研究,分析其输出仿真曲线,理论推导了二阶开环系统在阶跃响应的初始时刻近似于物体匀加速直线运动,基于动量守衡思想,对水槽模型构造了分时控制器,仿真结果表明此控制器具有较好的动静态特性。     

桁架式Spar平台与系泊/立管系统的全时域非线性耦合动态分析

开发了对浮式平台系统进行耦合动态分析的全时域程序。采用二阶时域方法计算水动力荷载,在此方法中,对物面边界条件和自由水面边界条件进行泰勒级数展开,利用Stokes摄动展开分别建立相应的一阶、二阶边值问题,而且此边值问题的计算域不随时间变化。采用高阶边界元方法计算每一时刻流场中的速度势,利用四阶预报校正法对二阶自由水面边界条件进行数值积分。在自由表面加入一个人工阻尼层来避免波浪的反射。对于系泊缆索/立管/张力腿的动力分析,在一个总体坐标系中对控制方程进行描述,采用基于细长杆理论的有限元方法进行求解。在耦合动态分析中,采用Newmark方法对平台和系泊缆索/立管/张力腿的运动方程同时进行求解。利用开发的耦合分析程序对一个桁架式Spar平台的运动响应进行了数值模拟,给出了平台的位移和系泊缆索/立管上端点的张力,并得到了一些重要结论。