Identification of hydrodynamic forces on a flexible pipe near plane boundary subjected to vortex-induced vibrations

Formally,use of system identification techniques to estimate the forces acting on the beam may give information on hydrodynamic forces due to vortex-induced vibrations(VIVs),but no results from such attempts for submarine pipeline spans have been reported.In this study,a pipe model with a mass ratio(mass/displaced mass) of 2.62 is tested in a current tank.The gap ratios(gap to pipe diameter ratio) at the pipe ends are 2.0,4.0, 6.0 and 8.0.The response of the model is measured using optical fiber strain gauges.A modal approach linked to a finite element method is used to estimate the hydrodynamic forces from measurement.The hydrodynamic force at the dominant response frequency is the major concern,and the lift force and added mass coefficients are calculated.Response calculations are performed using force coefficients from the inverse force analysis and the calculated results are in accordance with the experimental data.     

空化模型在非定常空化流动计算的应用评价与分析

文章基于试验观测数据评价了Kubota与Singhal两种空化模型在非定常云状空化流动数值模拟中的应用。采用商业软件的二次开发技术将两种空化模型引入了计算软件,针对绕Clark-Y水翼的云状空化流动进行数值计算,并与水洞试验结果进行了对比。结果表明,两种空化模型计算的云状空化阶段的流场时均速度分布以及涡量分布具有明显的不同。采用Singhal空化模型可以得到和试验观测更加相近的空化旋涡区与空泡云的旋涡分离的脱落形式。     

水翼叶顶间隙漩涡空化流动特性研究

采用试验的方法研究了不同空化数下水翼叶顶间隙区域漩涡空化流动的发展变化。试验在闭式空化水洞中进行,采用高速全流场显示技术对空化流场进行观测,并采用图像处理技术对试验结果进行处理,提出空化涡模型,阐述了涡空化的发展规律。研究结果表明:随着空化数的降低,叶顶间隙漩涡空化的发展主要经历如下三个阶段:(I)泄露涡内部空化初生阶段:在水翼中部附近产生游离状空化,向下游运动并迅速溃灭消失。(II)叶顶间隙内部附着空化发展阶段:涡空化逐渐发展并向水翼尾缘延伸,空化涡带呈螺旋状非轴对称旋转;叶顶位置压力面中部附近开始出现片状附着型空化,并体现出强烈的非定常特性。(III)射流剪切层内部空化形成阶段:涡空化延伸至水翼下游;叶顶附着空化充分发展,充满间隙并形成射流剪切层空化,和空化涡带共同形成三角状空化结构。     

规则波对弹性支承水平板冲击压力的概率分析

通过模型试验研究了规则波对弹性支承水平板冲击压力峰值的概率分布。文中通过对不同组次的试验数据进行统计分析,首先给出了弹性支承与刚性支撑之间水平板波浪冲击压力历时曲线的各自特征;其次研究了弹性支承水平板波浪冲击压力峰值的超值概率分布及拟合曲线和参数;最后讨论了弹性支承刚度与威布尔分布三参数之间的关系。     

固定海床上海底管跨顺向和横向耦合振动实验研究

虽然对于圆柱体结构涡激振动问题的研究很多,但是对于海床近壁影响下海底管跨顺向和横向耦合涡激振动特征了解的还相当少。文章在波流水槽中开展了实验研究工作,对固定海床上海底管跨顺向和横向耦合振动进行了探索。实验模型由一根长2.6m,外径为16mm,壁厚为0.3mm的钢管制作而成,模型质量比为2.62。实验间隙比为2.0、4.0、6.0和8.0。模型的动力响应采用光纤光栅应变传感器测量,每个振动方向沿模型管线长度方向均匀布置四个传感器。利用模态分析方法对应变数据进行处理得到模型的振动位移响应,进而分析得到振动频率、响应幅值、模态特征等数据。对不同间隙比条件下管线横截面运动曲线沿管长的变化以及随流速的变化进行考察,发现对于e/D>2.0,运动曲线表现为常见的8字形,但是对于e/D=2.0,横截面运动曲线表现为泪滴形图样。各间隙比条件下顺向振动频率与横向振动频率的比值大部分集中在2.0附近,证实了对于锁定范围内的流速,顺向振动频率是横向振动频率的2倍。     

柴油机孔式喷油嘴内流体流动数值模拟

利用任意拉格朗日 欧拉(ALE)方法,通过直接对N S方程进行数值求解,对柴油机直圆形、圆缺形、缩扩形等几种孔式喷油嘴内流体流动过程及质量流量和喷嘴特性参数进行数值计算,计算结果有助于柴油机喷油嘴的设计。     

喷水推进舰艇自航运动数值计算研究

喷水推进舰艇因具备快速性和高机动性等特点而备受国内外研究人员的关注,本文以T-CRAFT登陆模型艇为研究对象,在RANS计算框架下采用VOF方法和SST k-ω湍流模型对喷水推进舰艇的自航运动进行了数值计算研究,通过与静水阻力及单独喷泵试验结果进行对比,验证了该数值计算方法具有较高的计算精度。同时,开展了设计航速下“艇泵一体”的数值模拟,分析了喷水推进舰艇在设计航速下不同时刻波形云图及流场演化过程,对比分析了艇拖曳和自航下的阻力与姿态变化。研究结果表明：艇尾兴波左右两侧对称均匀,相比拖曳艇体自航阻力增加,纵倾角增加,吃水增加,艇体流线和喷口处流线整体均匀,在转子处存在微小漩涡;水流从转子入口流至喷口速度不均匀系数降低86%,在喷口处呈现较均匀状态,从叶片进口边到叶片出口边,叶片载荷先增大后减小。进一步分析表明,中间流线相对位置0.6～0.8处载荷较大,说明相比前半段叶片,后半段做功能力更强。     

绕水翼非定常空化流动的涡动力学分析

文章采用数值方法对绕水翼的非定常空化流动进行了流动计算,并采用涡动力学方法对非定常空化流场特性进行了分析。计算中,采用基于当地涡旋修正的湍流模型封闭控制方程,通过实验对该计算结果进行验证;采用涡量法分析了空化的发生和发展对涡量输运过程的影响。结果表明:基于当地涡旋修正的湍流模型可以准确地模拟水翼周围非定常空化流场结构;水翼空化流场具有强烈的非定常特性,空化的发展和流场中的涡结构有着紧密的联系;反向射流的作用会导致附着空穴尾缘附近速度梯度的非定常变化,是导致涡量产生和消失的重要因素;空化区域内部水气两相的质量交换会导致流场内体积变化率的变化,使得空化区域内部流体的非正压性显著增强,上述两者导致空化区域内部的涡量分布呈现强烈的非定常特性;空化现象引起的水气两相之间的相互转换以及对湍流的作用都是影响涡结构空间分布的重要因素。     

热力学效应对非定常空化流动结构影响的实验研究

为了研究热力学效应对空化流动结构的影响,采用实验的方法研究了水温为6℃、25℃和45℃时绕水翼的非定常空化流场。利用高速全流场显示技术,观察了不同水温下绕水翼的空化流动形态,并利用数字粒子图像测速仪(DPIV)测量了其速度和涡量分布。结果表明:随着水温的升高,空穴区域减小,空穴长度减短。在相同的空化阶段,热力学效应对空泡的脱落周期影响较小,脱落周期基本不变。热力学效应对速度和涡量影响较大的区域主要集中在空化区域及其与主流区的交界面处。随着水温的升高,低速高脉动区域逐渐减小,且对应的速度值略有升高,导致速度梯度减小,湍流脉动强度降低。同时发现,涡量区域对应于流场中具有速度梯度的区域,上下涡量区域随着水温的升高减小,涡量值降低。     

基于BFC-VOF方法的弧形防浪墙水动力数值模拟

文章建立了一种基于适体坐标系(BFC)的计算流体力学模型.采用坐标变换方法实现了任意复杂区域的结构化网格划分,在贴体网格下对二维不可压缩粘性流体的控制方程进行了离散,修正了贴体坐标下的界面跟踪方法(VOF方法).对弧形防浪墙结构附近的压力场,波面历时曲线进行了数值计算.将采用适体坐标的计算结果与在笛卡尔坐标网格下采用部...