基于LQR限宽水域中KVLCC2操纵运动控制研究

在航道宽度受限制的水域中,船舶会受到岸壁效应的影响,横向力与首摇力矩将发生变化,这会对船舶的航行安全产生不利的影响.鉴于此问题,本文应用现代控制理论最优控制LQR方法,对在限制水域中航行的超大型油轮KVLCC2的操纵运动进行控制研究.为便于LQR控制器的设计,采用线性状态空间形式的操纵运动方程,基于数值模拟获取的相应线性水动力系数,计算出使目标函数值最小的增益矩阵K,从而得到满足最优控制规律的时域舵角变化,实现对不同宽度水域中船舶运动的最优控制,并与极点配置控制法作比较,验证LQR控制器的优越性.结果表明,当船岸距离d/L≥1.2时,船舶基本不受岸壁效应的影响,控制幅度极小;当岸壁距离d/L=0.25时,摆舵角度将超过6°,同时船舶前进速度也将下降,下降幅度将超过前进速度的10%,岸壁效应明显.     

均匀流中螺旋桨无空泡噪声数值预报方法验证分析

为了分析敞水螺旋桨噪声性能,以某一螺旋桨为研究对象,采用大涡模拟方法对其敞水水动力性能进行计算,所得结果与试验值误差较小;然后运用基于无限元方法的声学软件Actran对螺旋桨的无空泡噪声进行数值模拟,并对特征点频谱曲线、螺旋桨声压云图、声指向性与衰减特性进行分析,得到单极子噪声特性-径向声压级高于轴向声压级,并且随着距桨中心距离的增大,声压级衰减速度减小,径向与轴向声压级差距缩小;验证数值预报方法的有效性,为船桨一体噪声数值模拟提供参考.     

水电解制氢装置宽功率波动适应性研究

随着风电行业的迅猛发展,对风能源的转化有了迫切需求,对能源转化系统的风电波动性适应提出了更高要求.氢气作为清洁的"新能源"成为消化弃风的最佳选择.利用调整各工艺参数的方法,研究传统水电解制氢装置在风电宽功率波动条件下的适应性,并探索相关解决方法.为水电解制氢装置的进一步改进提供支持,为微电网风电耦合制氢及氢能综合利用提供理论依据.     

饱和地基下桩柱结构地震响应

通过建立两相饱和地基下桩-土耦合系统的动力分析有限元数值模型,对饱和自由场地基以及桩柱结构在地震作用下的动力响应进行数值模拟研究。结果表明:在地震作用下超孔隙水压沿深度方向呈现出指数衰减趋势,在地表处更易导致地基液化从而散失承载能力。随着超孔隙水压的上升土体强度降低后,饱和地基土层对地震波的高频成分有明显的选择性滤波作用。在桩柱结构地震响应分析中,受桩土间动力耦合作用的影响,桩侧土体比远场地基土更易液化。随着地基承载力的降低,导致桩柱动力以及弯矩响应上升。研究结果与已有桩基础震害经验相符,其方法和结论可对饱和可液化地基抗震工程提供参考。     

基于气液两相流解析模型的水冲压发动机推进特性分析

给出了喷管中气液两相流动等温正压模型的解析解。基于该解析模型以及水冲压发动机内流道几何参数,迭代求解了发动机在一系列工况下的推进特性。研究表明,水冲压发动机的推力、效率、比冲随着气相质量流量以及航速的共同提高而提高,单单增加航速或单单增加气体质量流率,都会使得比冲和效率先增后减。单单增加气体质量流率,水流流量减小,推力增加,但是耗气量显著增加。单单增加航速,水的流量增加,推力将先增后减。     

浅水中OSV锚泊定位分析研究

本文采用数值计算方法对浅水中海洋平台支持船(OSV)的锚泊定位性能开展研究.首先,基于三维频域势流理论,对一艘OSV不同水深的水动力性能开展分析,计算了水动力系数、运动幅值响应算子、一阶波浪力和二阶波浪力.由于浅水中非线性效应显著,本文采用中场公式计算了该OSV全二阶波浪力传递函数(Full Quadratic Transfer Function,简称全QTF).然后,本文对不同水深下锚泊系统的水平刚度开展了分析,计算了不同水深下锚泊系统的水平刚度,研究了水深对锚泊系统水平刚度的影响.最后,采用准动态方法对不同水深下的OSV和锚泊系统开展时域分析,研究了水深对船体运动性能和锚索张力的影响.     

蜀山泵站枢纽船闸输水系统水力学模型试验

蜀山泵站枢纽船闸对引江济淮工程航运至关重要,是连通长江与淮河,确保引江济淮航运干线畅通的控制性工程,其闸室规模大、工作水头高、输水能量高,输水过程水力学问题是船闸设计的关键环节。结合工程地质和结构设计,船闸拟采用形式最为简单的闸墙长廊道侧支孔输水系统,输水过程船舶与船闸自身安全能否满足相关要求需要开展细致研究。通过比尺为1∶25的物理模型试验,对其输水过程船舶停泊条件、水力特性及引航道水流条件开展研究。结果表明:在推荐的输水系统布置和阀门开启方式下,各项水力指标均能满足规范和设计要求。     

自流冷却系统引水装置水力性能研究

为提出先进船舶自流冷却系统引水装置的定量设计原则,参照水泵性能描述方法,提出自流扬程的概念,用自流扬程和附加阻力描述引水装置水力性能。基于伯努利方程和边界层方程的计算分析表明,为提高自流扬程,引水装置吸入口应垂直于来流且高于边界层厚度。基于冲量定理进行计算分析并结合三维仿真计算结果表明,为平衡自流能力和附加阻力,引水装置的入口流速与航速之比宜设计在一定区间内。实船计算结果验证了本文设计方法的正确性。     

疏浚饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响

针对黄骅港区饱和密实粉土,通过三轴剪切试验以及原型耙齿切削试验,研究饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响。三轴试验结果表明,黄骅地区饱和密实粉土在剪切过程中表现为应变软化性状,偏应力峰值与围压之间基本呈线性关系。在剪切过程中,土体先剪缩后剪胀,随着围压的增大,剪缩性状体现得越来越明显,应力应变性状可划分为4个不同阶段。原型耙齿切削试验结果表明,饱和土较非饱和土切削阻力增长得更快;饱和土切削阻力最大值为非饱和土切削阻力最大值的2.7~3.3倍;对于饱和土,切削阻力达到稳定值后,其波动幅度较非饱和土要大。上述试验结果均表明,土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响十分显著,须采取相应的措施来降低土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响。     

高锰酸钾去除天然水中微量有机污染物机理探讨

对高锰酸钾去除饮用水中微量有机污染物的机理进行了研究，结果认为高锰酸钾除了传统的氧化作用外，在中性条件下生成的水合二氧化锰还有催化氧化和吸附作用，后大大提高了高锰酸钾的除污染效能。