桥区航道整治工程对大型船队过桥影响的数值分析*

针对武汉长江大桥4#桥孔枯水期航行环境比较复杂的状况,航道主管部门拟对航道进行整治工程。武汉长江大桥是一个斜交桥梁,斜交桥梁的实际可通航净宽计算有其特殊之处。根据对拟建武桥航道整治工程后的桥区水流数值模拟,并将水流数值模拟结果应用于桥区通航孔实际可通航净宽的计算中。综合考虑武汉长江大桥所处的航道条件及大桥桥墩的方位尺度,结合桥区紊流宽度水槽试验结果,对桥区通航孔实际可通航净宽进行了计算。将计算结果与GB 50139—2004《内河通航标准》中对大型船队通过单孔单向通航桥梁所需净宽的规定比较,桥区通航水流条件及实际可通航净宽满足代表船型的安全航行需求。     

通气空泡内部流场结构实验研究

采用人工通气的办法在水下航行体表面生成通气超空泡可以大幅降低水下航行阻力。保持通气空泡的形态稳定是保证航行体水下流体动力稳定的前提,因此需要了解通气空泡内部气体流动结构及其与空泡泄气方式的相互影响规律。该文建立了通气空泡内部流场结构的实验测量装置,并运用PIV(粒子成像测速)方法对通气超空泡内流场结构进行了测量,归纳了通气空泡三种典型的内部流场结构形式及其成因,并给出了泡内气流流速的变化趋势。     

基于算法模型的肥大型船艉流场评估方法

为快速、准确评估肥大型船的艉流场,以某肥大型散货船为研究对象,应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)技术和人工智能算法建立一种艉流场快速评估方法。分别采用数值计算方法和粒子图像测速(Particle Image Velocimetry, PIV)技术对艉流场进行计算和试验,通过将计算结果与试验结果相对比验证数值计算方法的准确性。在此基础上,采用3种人工智能算法开展模型训练并分析模型拟合情况,采用拟合度最高的算法建立艉流场快速评估模型,进而得到肥大型船艉流场评估方法。研究表明：采用CFD软件能准确模拟出肥大型散货船艉流场的实际流动状态并展示其流动细节;采用伴流均匀度等参数描述艉流场,并将其应用于基于算法模型建立的艉流场评估方法中,可快速评估艉流场的不均匀度和流动特性,为肥大型船的艉部型线优化、螺旋桨及节能装置设计提供参考。     

遮蔽效应下双平面网衣和圆形网衣的水动力性能

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)数值仿真方法,利用STARCCM+软件对双平面网衣和圆形网衣进行数值仿真模拟。建立合适的流场域并进行网格划分和收敛性验证;针对水流作用下网衣的遮蔽效应,分析网衣的水平拖曳力和阻力系数。对比2种网衣的流速衰减、网衣受力和阻力系数的变化情况,结果发现：2种网衣在网内和网后均存在明显的流速衰减;当流速增加时,2种网衣具有相似的变化规律,网衣的水平拖曳力随流速的增加而增大,阻力系数随流速的增加而减小;圆形网衣的受力始终大于平面网衣。研究成果可供网箱的设计优化及其水动力性能和流场特性研究参考。     

基于LDV的超高速循环水槽流场流速测量

循环水槽试验段流场的不均匀度和紊流度是衡量循环水槽流场品质的重要指标。为研究超高速闭式循环水槽试验段的流场品质,在8种来流速度下,采用激光多普勒测速仪(Laser Doppler Velocimeter, LDV),通过建立流场测量点阵列对循环水槽试验段的3处流场截面进行轴向流速测量,并对其不均匀度和紊流度进行计算。试验结果表明：在8种来流速度下,试验段流场截面流速的不均匀度均小于1%;在8 m/s的试验段来流速度下,截面流场的紊流度均小于0.5%。试验测量结果满足循环水槽流场品质对不均匀度和紊流度的技术指标要求,可为超高速闭式循环水槽的试验研究和优化设计提供初步的测试数据支撑。     

孙东坡弯道环流公式改进*

孙东坡弯道环流流速公式结构简明、形式合理、不受卡门常数影响,且与实验室资料有良好的拟合性。但在横比降的计算和普朗特紊流切应力的构架方面存在着缺陷,使得公式不能很好地反映出粗糙床面的实际情况。针对上述问题,引入与实际情况相符的罗索夫斯基横比降公式,重新构架了普朗特紊流切应力方程。改进公式不仅改善了原公式中存在的问题,而且计算值与实测值吻合度非常好,可应用到实际的弯道流速计算中去。     

LPG发动机稀燃流场优化及排放特性研究

将传统燃油发动机改装为LPG稀燃发动机,并在进气道内安装涡流挡板,该挡板可作不同进气模式切换,以根据发动机负载达到分层燃烧和均质燃烧两种模式。建立LPG发动机三维数值仿真模型,分别进行稳态、暂态流场优化分析以及缸内油气分布模拟,并通过稀薄燃烧实验与仿真结果进行对比。结果表明：均质模式与分层模式下的稳态流场分析结果与实验结果相吻合,流量系数误差在6%以内;暂态流场表明,分层模式下进气气流因涡流挡板的导引,在气缸内涡流增强,因喷射角度改变,燃料能有效地集中在火花塞中心,其余则为较稀的混合气,形成油气高度分层分布状态,提高稀油极限;稀油极限提高后,可降低LPG发动机CO2、NOx排放量。     

不可压流场数值模拟方法综述

根据部分有关文献归纳和总结了计算流体力学数值模拟不可压流场的常用方法,较为全面地介绍了不可压流场计算方法中所涉及的各个方面,旨在帮助初触数据模拟方法的研究者能更少时,更有效地应用数值模拟方法研究工程实际问题。     

三维摆动尾鳍的数值模拟

以开发适用于小型潜器的仿生操纵与推进系统为研究背景,本文以金枪鱼尾鳍为研究对象,建立了三维刚性仿生尾鳍模型,使用大型通用CFD商业软件FLUENT对特定工况下尾鳍作纵摇升沉耦合运动的非定常流场进行了数值计算,给出了尾鳍的水动力系数和尾流区域的流场特征图,初步探讨了三维仿生尾鳍的推进机理。     

低比转速叶轮性能的优化

利用一维性能预估和CFD计算,确定了一组低比转速叶轮的最佳出口宽度以及与之匹配的叶轮进口后的轮毂形状,并通过4种形状叶轮的试验比较进行验证,这为低比转速叶轮的优化设计提供了参考.