高水头大尺度船闸省水布置与水力计算*

针对高水头大尺度船闸运行水力指标高带来的设计难度大以及船闸本身耗水量大等问题,以水头40米级、闸室尺度280 m×34 m的船闸为例,开展了省水布置方式研究。计算理论省水率,分析阀门运行方式,建立省水船闸输水数学模型,模拟计算了输水水力指标。结果表明,提出的设置3级蓄水池省水布置方式的理论省水率为60%,各项输水最大水力指标比非省水方案降低18%～43%,可简化船闸水力系统设计。     

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。     

船冰碰撞载荷下船舶结构加强方案研究

为了探究水介质对船—冰碰撞结构响应的影响,文章首次对考虑水介质中的船—冰碰撞问题进行了研究。模拟了船舶与冰体在水介质中的碰撞场景,研究船—水—冰三者共同耦合作用对船—冰碰撞的影响。将该计算方法应用于船—冰碰撞的多种工况计算,对比分析了增加外板厚度、横隔板厚度以及肋骨间距等多种加强方案对船体结构响应的差异。揭示了碰撞区域的损伤变形、碰撞力、结构吸能随外板厚度、横隔板厚度和肋骨间距的变化而变化的规律,分析了船舶肩部各主要构件对于抵抗冰载荷作用的能力及贡献。所得结论对于进行冰区船舶结构设计具有参考作用。     

舵球鳍参数对扭曲舵水动力性能的影响研究

文章对桨后普通舵和扭曲舵的水动力性能进行了试验研究,并采用计算流体力学方法对桨舵系统的水动力性能进行计算,得到了不同进速系数下的推力系数、扭矩系数以及敞水效率,并绘制了敞水性能曲线。通过桨舵模型试验值与计算值的对比,验证了计算方法的可靠性。为了进一步提高扭曲舵的节能效果,在扭曲舵前安装了舵球,优化舵球的半径后在舵球两端安装推力鳍,通过优选推力鳍的各个参数（安装位置、展弦比和安装角）,使桨舵系统的敞水效率逐步提高。确定了舵球鳍的最优参数后,桨—扭曲舵系统的效率进一步提高1.2%。最后通过观察舵表面压力分布、舵附近轴向速度和迹线分布,分析了舵球鳍对桨舵干扰的影响。     

平面被动减摇水舱阻尼格栅优化研究

针对某海洋工程支持船,基于数值计算方法开展了平面被动式减摇水舱内阻尼格栅的优化研究。计算采用势流理论和黏流理论相结合的时域耦合计算方法,就减摇水舱内阻尼格栅方案进行计算对比,分析不规则波中减摇水舱的减摇率,评价各方案的优劣性。计算分析结果表明,通过合理的阻尼格栅优化,能有效提高各波浪周期范围内的减摇率。研究的结果可为同类船型减摇水舱的设计和优化提供一定的参考。     

水舱表面开孔特征参数流噪声特性分析

水下航行体因表面开孔产生的流噪声是总体噪声的重要部分,对其隐蔽性造成负面影响,而其噪声特性影响因素较多,开孔长宽比是其中一个典型参数。在现有阻力试验模型的基础上建立模型,采用RANS结合DES方法获得流场数据,并运用FW-H方程获得其声场信息。分析艇体开孔水舱内的流动现象,表明模型噪声的特征频率符合一般空腔规律,且与开孔长度有关;在长宽比为0.25时,其流噪声水平最低。最后结合简化模型作进一步验证。     

基于支持向量机的水下航行器操纵运动在线建模

本文对水下航行器的操纵运动在线建模进行研究。使用增量式最小二乘法辨识得到了MARIUS AUV的水动力导数。为了提高辨识精度,使用积分型辨识样本结构进行输入输出样本对的构造。基于约束模试验获取的水动力导数,进行操纵运动仿真,得到纵向速度、横向速度、摇首角速度和舵角等样本参数。通过试验水动力导数和辨识得到的水动力导数对比,表明辨识算法的有效性。该研究对水下航行器操纵运动的在线建模和控制应用具有重要意义。     

航行中波浪水池的数值动力学研究

利用数值波浪水池进行船舶航行预报,是计算船舶水动力的重要方法。本文首先建立船舶水池的数值控制方程,然后利用网格划分对船舶周围的流场进行划分,最后利用Wigley-III船舶模型计算船舶在规则波中航行时受到纵向、垂向和纵摇力矩的系数,将其与势流理论(3D-BEM)和DUT计算方法相比较。     

码头水动力特性对船舶航行的影响研究

码头的水动力特性对船舶航行的影响非常大。本文首先分析船舶在停靠码头的过程中护舷和缆绳的变形情况,然后对船舶的运动方程进行时域中的求解,最后进行码头波浪对船舶航行影响的数值计算,计算结果表明,研究船舶在码头的系泊力对研究船舶航行安全具有重要的现实意义。     

钦州湾湾口填海对茅尾海水交换能力的影响

以溶解态的保守物质作为示踪剂,建立茅尾海水交换平面二维数学模型,采用开边界污染物浓度梯度与内侧一致假定考虑了边界污染物回归,计算分析了钦州湾湾口两侧大范围填海工程对茅尾海纳潮量和水体半交换周期的影响情况。研究表明：龙门海峡通道顺畅是维持茅尾海纳潮量的关键因素,湾口宽度保持9.4 km以上茅尾海内纳潮量和水体半交换周期基本不受湾口填海工程影响。