机械排烟控制航母机库火灾烟气运动大涡模拟

航母机库火灾是影响航母安全的重要因素。为研究航母机库火灾防护与控制技术,采用低速气流运动控制方程组和湍流燃烧大涡模拟方法仿真分析机械排烟条件下航母机库油料火灾的蔓延与烟气运动规律。结果表明:针对本算例机库几何尺寸和油池火规模,机械排烟量介于300~600 m3/s,不仅会增高热烟气层高度、降低下层烟气温度,还会降低火源附近的热流密度;当机械排烟量不超过600 m3/s时,采用机械排烟对油池火蔓延的强化影响不显著;机械排烟使热烟气排出温度明显增加,选择风机需要考虑耐温要求。     

舰船烟囱热壁面水雾降温的大涡模拟

采用水雾喷射技术冷却舰船烟囱能够有效降低舰船红外辐射强度,对于提高舰船海上生存能力有重要意义。由于水滴蒸发和气流浮升作用相互影响,细水雾和热烟气在烟囱表面的运动是一种复杂的多相湍流流动。建立水雾在烟囱壁面空间中的蒸发和运动方程,应用多相湍流大涡模拟方法对舰船烟囱壁面空间的热烟气-水雾流动进行建模与数值仿真,分析烟囱壁面热气流浮升作用对水滴到达壁面能力和蒸发过程的影响,以及水滴直径与流量对烟囱壁面区域内热烟气下沉区域大小和流场分布参数的影响,得到水流量和水滴直径与烟囱壁面冷却温度之间的关系。研究结果对于舰船烟囱或其他热固表面冷却方案的选择和优化有一定参考价值。     

涡式恒张力弹簧补偿装置的应用分析

对比国内外电气化铁路接触网弹簧补偿装置的优缺点,提出了一种安全可靠,性能优越,更适合于低净空、狭窄空间内安装的恒张力弹簧补偿结构,描述了涡式恒张力弹簧补偿装置的性能要求、产品结构和工作原理。     

变张力细长柔性立管涡激振动响应特性数值研究

基于尾流振子模型，对轴向时变张力下细长柔性立管涡激振动响应特性进行数值研究。研究考虑三种不同的流剖面：线性剪切、指数剪切、以及真实阶梯流剖面；采用二阶中心差分方法求解结构振动和尾流振子的耦合方程；系统地比较三种不同流剖面下结构的振动位移、振动频率、位移包络线，以及位移时空演化等VIV响应特性。数值结果表明，线性剪切流下VIV振动位移和振动频率均与真实阶梯流下位移和频率存在很大差别，指数剪切流下VIV振动位移与真实阶梯流下情况非常接近，但指数剪切流下VIV振动频率与真实阶梯流下频率仍有较大差别。     

Magnus效应旋转圆柱水动力性能分析

为研究Magnus效应旋转圆柱水动力性能，采用大涡模拟（LES）模型对Magnus效应旋转圆柱进行数值模拟，分析旋转圆柱的长径比、转速比、雷诺数对其升力及三维流场的影响，模拟旋转圆柱升阻力变化趋势和尾部流场涡的脱落过程。结果表明：当转速比大于1.5时，旋转圆柱的升阻比随长径比一直增加；升阻比随转速比的变化规律是以1.7为界先升后降；旋转圆柱脱落的旋涡轨迹与来流形成一定的夹角，且角度会随转速比逐渐增大；当转速比大于1.75时，卡门涡街消失，旋转圆柱尾涡长度逐渐缩短，最终只有圆柱上表面发生涡旋脱落，下表面的涡不再脱落，附着在圆柱表面；雷诺数会改变旋转圆柱尾部流场，使升阻比先增加，达到峰值后以相反趋势下降。     

倒角半径对方柱涡激特性的影响研究

采用有限体积法对具有不同倒角半径方柱涡激振动开展了数值研究。方柱涡激振动系统简化为两自由度的质量-弹簧-阻尼模型,引入雷诺平均应力模型求解不可压缩粘性Navier-Stokes方程,结合SST k??湍流模型对低质量比弹性支撑的方柱涡激振动进行了模拟。研究发现:方柱涡激振动最大振幅曲线随着折合速度的增大先增大后减小,与圆柱涡激运动初始激励分支和下端分支相类似,但没有发现幅值跳跃现象。流向振幅最大值出现在20%倒角且折合速度5.0时,大小为0.28D,而横向振幅在30%倒角工况中折合速度为6.0时达到最大值0.47D。方柱涡激振动没有发生类似圆柱一样的频率锁定现象,但其振幅呈现明显的"差拍"规律,差拍区间随倒角半径大小而异,最后对不同倒角半径下方柱运动轨迹进行了讨论分析。     

大涡模拟在河道平面二维水流模拟中的初步应用

通过丁坝对水流进行控制是航道整治中常用的工程措施,丁坝附近水流呈强紊动特性,大涡模拟相对于基于雷诺方程的时均模型对涡旋有较强的捕捉能力。在直角坐标系的基础上,将大涡模拟中的亚格子应力模型(SGS模型)引入河道水流平面二维数学模型中,通过盒式滤波函数将控制方程进行滤波,大尺度量通过控制方程直接求解,小尺度量借助Smagorinsky提出的亚格子尺度应力模型进行求解。采用空间等步长的正方形网格和交替方向隐式差分法对其控制方程进行离散求解。将模型初步应用于非淹没丁坝绕流的数值模拟中,计算结果表明,该模型对湍流旋涡的捕捉和水深计算较为合理,计算精度可满足工程实践要求。     

表面粗糙度对立管涡激振动响应影响的试验研究

应用模型试验的方法,研究了表面粗糙度对立管涡激振动响应特性的影响规律,对不同粗糙度条件下立管所受拖曳力、升力、端部张力、漩涡泄放频率、结构振动响应频率、位移响应等参数的变化规律进行了对比分析。结果表明:与立管横向振动相比,立管流向振动更早出现锁定现象,因此当折合速度较低时,立管流向振动的涡激振动响应要大于横向振动。立管张力均存在两个峰值频率,其中一个峰值频率为主导频率,与拖曳力主导频率吻合,由流向涡激振动所产生;另一个峰值频率为主导频率的一半,与升力主导频率吻合,由横向涡激振动所产生。因此可以看出:横向涡激振动与流向涡激振动通过张力作用而相互影响。与光滑立管相比,表面粗糙度降低了立管的涡激振动位移响应,减小了涡激振动的锁定区域,但提高了漩涡泄放频率。对于不同粗糙度下的粗糙立管,随着粗糙度的增加,立管的锁定区域开始点逐渐提前,锁定结束点逐渐推迟,锁定区域逐渐变宽。     

不同间距比方柱涡激运动特性研究

采用有限体积法对间距比为3.0,4.0,5.0的方形四立柱涡激运动特性进行了数值研究。着重探讨了间距比对振动幅值,升力系数频谱特性,涡脱模式的影响。引入动网格技术来实现立柱和流场之间的流—固耦合模拟。研究表明：三种间距比下,流向振幅随折合速度先增大后振荡。从升力系数谱分析,在不同折合速度下,系统能量出现多个或单个峰值,但能量相对仍比较集中。当间距比较小时,由于流场的干扰作用,柱体的尾涡结构凌乱而不规则;当间距比较大时,各柱体都有各自单独的涡街,但干扰现象依然存在。     

一种河道紊流三维数值模拟离散格式的应用探讨

通过引用气体动力学中的Osher格式计算控制体交界面通量,建立了一种基于有限体积法的河道紊流三维数学模型。该格式是对准确的非线性黎曼问题的近似解法,具有很好的守恒性、逆风性、单调性和高分辨率捕捉间断的能力,解决了河床变化剧烈处水流计算易发散的难题,在紊流模型的选取上,考虑到紊动能量和紊动尺度在水平方向和垂直方向上的差异,平面上采用大涡模型,垂向上采用k-ε模型。通过桥墩和丁坝局部水流实测资料校核模型模拟局部复杂水流结构的能力,模型计算得到的马蹄涡、回流结构及流速分布与实测基本一致。