Numerical investigation of turbulence near a sheared air–water interface. Part 2: Interaction of turbulent shear flow with surface waves

Large-eddy simulations (LES) of the interactions between turbulent shear flow and surface waves are presented. The formation mechanism of Langmuir circulation and its contribution to the vertical momentum transport are investigated in detail. The effect of surface waves is modeled in two ways in the LES runs. One model includes only the phase-averaged effect of the waves as an added source term in the momentum equation, and the other model includes the full effect of the waves by use of the fully nonlinear conditions of the air-water interface. Langmuir circulations are clearly indicated in both cases, indicating that the phase-averaged effect is essential for the formation of this circulation. It is shown that the formation of Langmuir circulations enhances the vertical transport of momentum. As a result, the mean velocity gradient and the streamwise component of the turbulence intensity are decreased, while the spanwise and interface normal components are increased. Examination of the turbulence energy budget equations shows that production is due to the interaction between the vorticity and the Lagrangian drift as the phase-averaged effect of the wave becomes the dominant source of turbulence. Received: August 17, 2000 / Accepted: December 22, 2000     

Application of LES in the study of inlet flow field in marine gas turbine

The structure and aerodynamics performance of gas turbine inlet system is an important part of technology of gas turbine installed on naval vessels. The design and numerical simulations of gas turbine inlet system are conducted and reliable foundation for design and manufacture of marine gas turbine inlet system of high performance is provided. Numerical simulations and experiments of two inlet system models of gas turbine are conducted with satisfactory results and are of significance to the actual application of the inlet system.     

流激孔腔噪声特征及控制方法研究

文章利用大涡模拟方法,建立了流激孔腔自噪声及辐射噪声预报方法,分析了腔深、来流速度及孔腔流向尺寸对剪切振荡特征的影响,并给出了流激孔腔近场辐射噪声特性。在此基础上探索了流激孔腔噪声控制方法,研究了孔腔开口加格栅对流激孔腔涡流场和噪声特征的影响。     

基于温度异重流模型的连续分层流数值模拟方法研究

文章基于温度异重流模型,通过指定流场中温度的分布及密度与温度的函数关系实现密度的连续分层,并假设流场中的热传导在数值过程中可以忽略不计以确保密度分层的稳定。分别采用RANS方法和LES方法对低傅汝德数和高傅汝德数情况下的圆柱绕流进行数值模拟,其尾流场中的lee波、葫芦状流线以及高傅汝德数情况下的波包与实验值相符,低傅汝德数情况下圆柱上下游速度剖面曲线的最小值与实验值仅存在2%的误差,且其分布规律相同。通过改变流体的导热系数,探讨了Peclet数对该方法收敛稳定性的影响,得到了收敛的数值条件。     

孔腔脉动压力及其波数—频率谱的大涡模拟研究

孔腔流动中包含着流动分离和失稳以及涡旋相互干扰等复杂的流动现象。孔腔涡旋流动引起的流体振荡能够引起脉动压力的显著增加从而产生强烈的噪声,在工程实际中备受关注。湍流脉动压力是流激噪声的重要来源,也是湍流研究中的基础性问题,对其进行数值计算研究是流声耦合领域的重要内容,而湍流脉动压力波数—频率谱的构建更是该领域的技术难点。文章采用大涡模拟方法(LES)对孔腔脉动压力进行了数值模拟,考察了四套网格和四种亚格子应力模型对计算结果的影响,并与试验结果进行比较,验证数值计算方法的可靠性。首先采用大涡模拟方法计算了孔腔的脉动压力,并与中国船舶科学研究中心的空泡水筒试验结果进行对比分析。接着详细地分析孔腔脉动压力,研究亚格子应力模型和网格数量对计算结果的影响。最后,对数值计算得到的脉动压力多元阵列结果进行时间/空间Fourier变换,构建了三维脉动压力波数-频率谱。该文工作对今后流激结构振动噪声的预报和流动控制研究奠定了基础。     

湍流入流下泵喷推进器力谱特性研究

[目的]旨在解决泵喷推进器在湍流入流作用下非定常力谱不明的问题.[方法]通过湍流生成栅格和频谱合成法相结合的方法,产生具有时间脉动和空间相干结构的湍流,然后将此种方法与模拟相结合,获得泵喷推进器非定常力的宽带谱.[结果]结果显示,所采用的计算方法能够获得泵喷推进器导管、定子和转子合理的非定常力宽带谱;泵喷推进器非定常力...     

船舶机舱火灾安全性分析

机舱是船舶主要机电设备集中地和主要动力部位,位于船楼的底部,工作环境恶劣,有着大量的运转部件和电器设备,具有封闭空间大、结构复杂、可燃物质多等特性。本文采用属于场模拟层次的大涡模拟(Large Eddy Simulation)技术,利用CFD软件FDS(Fire Dynamics Simulator)对某全回转拖船的机舱在舱门开启情形下的速度场分布进行模拟研究,为机舱内设备布置、通风系统的改善及人员安全提供参考。     

三维波浪作用下大直径圆柱绕流的数值模拟

为探讨三维波浪与结构物的相互作用,以两相流概念、大涡模拟的不可压缩粘性流体运动方程和自由水面追踪分段线性近似的流体体积(VOF)法为基础,建立了三维波浪与结构物相互作用的数学模型;对三维波浪作用下大直径圆柱绕流进行了数值模拟,用两步边界定位法和虚拟边界力法确定波浪与结构物接触面.结果表明:大直径圆柱绕流系数的数值计算结果与理论解吻合,所建立的数学模型能够很好地模拟三维波浪与结构物的相互作用.     

DHZ100型电磁缓速器对城市客车制动性能影响的仿真分析

针对城市客车安装DHZ100型电磁缓速器后制动性能的变化,用基于键合图模型的MATLAB／SIMULINK仿真分析方法对安装DHZ100型电磁缓速器的城市客车的制动性能进行了仿真分析。结果显示,安装DHZ100型电磁缓速器后,城市客车的制动性能得到提高,主制动器工作时间减少。     

基于CFD仿真计算的襟翼舵水动力研究

襟翼舵作为一种可靠的、高升力的舵在最近几年内引起了广大设计工作者的重视影响,同时也有不少成熟的研究成果。对襟翼舵的研究主要集中在展弦比,主副舵面积比,转角比等方面,这些因素对襟翼舵的整体影响规律也已得到不少专家的解释。本文主要研究襟翼舵主副舵间间隙大小以及尺度效应对其水动力性能的影响,以普通NACA0020翼型为基本剖面建立不同间隙大小的襟翼舵模型,采用RANS方法计算得到了不同缝隙大小以及不同缩尺比下的襟翼舵升力阻力以及压力分布,并对周围涡结构以及流场进行分析,发现升力系数随着缝隙增大而减小,阻力系数先减小再增大的规律。同时随着襟翼舵尺度的增大,升力系数会随之增大,阻力系数会随之减小。文中以计算模型和实验数据进行对比,两者误差在5%以内,证明了计算结果的可靠性。