流线型钢箱梁涡激振动机理与气动控制措施

以某主跨390 m的独塔流线型钢箱梁斜拉桥为工程依托，采用风洞试验与计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）相结合的方法对流线型钢箱梁涡激振动机理与气动控制措施进行研究。首先，采用几何缩尺比为1∶30的主梁节段模型进行主梁涡振性能与气动控制措施优化研究；其次，采用CFD方法对主梁涡振响应进行流固耦合计算，将Newmark-β算法嵌入ANSYS Fluent用户自定义函数（User Defined Functions，UDFs）实现主梁结构振动响应求解，同时结合动网格技术实现主梁断面流固耦合分析；并根据判断条件来检索箱梁壁面上的网格单元，以获得主梁断面振动过程中的表面压力，然后结合主梁结构振动响应、表面压力以及流场特征等对主梁涡激振动机理进行分析。结果表明：该桥主梁原设计方案存在涡激共振现象，将梁底检修车轨道内移120 cm可有效抑制主梁涡振响应；主梁涡激振动响应的数值模拟结果与风洞试验结果吻合较好；检修车轨道内移120 cm后主要改变了箱梁下表面平均压力系数分布特性，且箱梁表面各测点脉动压力卓越频率不一致，有效减小了主梁涡激振动响应；流线型箱梁靠近迎风侧的“被动区域”对结构涡振响应贡献较小，背风侧“驱动区域”发生周期性旋涡脱落是影响流线型箱梁涡振的主要因素。     

基于船舶阻力计算方法确定浮泥的适航密度值

效仿通过船模阻力试验来界定浮泥适航密度值的方法,提出采用船舶阻力计算方法确定浮泥的适航密度值。基于求解NS方程的CFD方法,建立了模拟浮泥中船舶运动流场的数学模型,模型中浮泥的本构关系用改进的Herschel-Bulkley模型来描述。以连云港航道现场泥样和超大型油船KVLCC2为例,采用所建立的数学模型计算了船舶以不同速度在不同密度浮泥中航行受到的阻力。通过数学手段分析了船舶阻力随浮泥密度变化的趋势,确定该港口航道浮泥的适航密度值为1 210 kg/m3,该值与采用流变试验方法和船模阻力试验方法得到的适航密度值接近,证明了文章提出方法的有效性。     

基于CFD模拟的船舶空调舱室热舒适性研究

针对船舶舱室热环境的特殊性,建立了适用的CFD计算模型,并对其进行了实验验证。在该模型的数值模拟结果基础上,以PMV-PPD热舒适性评价指标和DNV COMF-C(3)规范为依据,对船舶舱室空调气流组织进行优化。优化结果表明,相比于优化前,优化后的餐厅和会议室的热舒适性得到改善,热环境满意人数分别增加了52.7%和28.9%。结合CFD模拟和热舒适性评价分析的优化方法,在节约时间和实验成本的同时,为船舶空调系统的设计和优化提供了重要依据。     

基于计算流体动力学的最小阻力船型自动优化

基于计算流体动力学(CFD)理论,利用i SIGHT优化设计平台构建一种船型自动优化方法。该方法集成船型变换及自动生成技术、CFD技术及优化算法。优化过程中,编制船型参数化融合模块实现船型变换与SHIPFLOW软件输入数据间的自动连接;采用遗传算法与二次序列规划法相结合的组合优化方法实现从全局探索再到局部空间寻优的整个流程。以某双艉集装箱船为例,优化后船体兴波阻力明显下降,总阻力也得到显著的改善,获得了设计航速下总阻力最小的船艏与船艉线型组合,表明了该方法的可行性与有效性。研究显示,所提出的方法可以获得阻力性能优良的船体型线供设计者参考,具有较强的工程适用性,在基于CFD的船型自动优化方面具有广阔的应用前景。     

基于光滑粒子的水蒸发仿真

针对水蒸发仿真中蒸汽运动形态与现实不符和水运动形变失真的问题,提出基于光滑粒子流体动力学方法建立水蒸发仿真粒子模型,利用噪声函数扰动蒸汽粒子的运动速度,对蒸汽扩散进行仿真;根据热传导更新水粒子温度,将温度引入受力模型更新粒子状态,对水受热运动过程进行仿真.仿真结果表明,上述方法能够精细地模拟出蒸汽运动形态的变动特征,很好地解决了水受热时运动形变与现实不符的问题,有效地增强了水蒸发仿真的视觉效果.     

导管螺旋桨水动力学性能的影响因素

为了获取导管螺旋桨水动力性能的主要影响因素,指导导管螺旋桨的优化设计,采用计算流体力学CFD对Ka4-7010+19A导管螺旋桨进行水动力性能研究,分析不同导管长度、导管攻角、螺旋桨纵倾角及多导管组对其水动力特性的影响。结果表明：减少导管长度将使推力系数及扭矩系数同时增大,而敞水效率下降;适当增加导管长度可以略微提高其敞水性能;减小导管攻角在一定进速范围内使推力系数和扭矩系数同时大幅度增加,增加导管攻角将导致推力系数和扭矩系数同时下降;当螺旋桨纵倾角保持在10°以内时,不会对敞水性能产生太大影响。对于多导管螺旋桨而言,前置、后置及不同附属导管直径大小都对敞水性能有很大影响,其中后置大导管组螺旋桨能明显降低螺旋桨扭矩系数,并且能在低进速范围内提升敞水效率。研究成果可支撑导管螺旋桨的优化设计。     

船舶几种浮态下阻力的数值计算方法

商船会因装载不同而吃水大幅增减,舰艇会因战损而出现严重纵横倾,如何在浮态急剧变化时估算船舶的快速性,是一项具有普遍意义的课题.为了解决上述问题,采用计算流体力学方法对某型船模进行了大量计及自由表面的不同浮态下的阻力数值计算,在深入分析船体浮态改变时影响船舶阻力诸因素的基础上,对数值计算结果进行了研究,推导出船舶吃水、纵倾和横倾变化时的阻力估算公式.据此进行的数值计算结果与水池试验结果对比,吻合良好,从而验证了提出的计算模式的可行性,为解决船舶任意浮态下的阻力计算问题提供了新的思路.     

基于Linpack的高性能计算机集群的并行性能测试

基于计算机集群的高性能并行计算,已成为广大工程与科学计算的有效手段。本文以DELLHPCC高性能计算机集群为硬件平台,以Linpack为并行性能测试软件,测试了不同计算机节点数或处理器数、最高Gflops值的矩阵规模N、求解矩阵的分块大小NB、处理器网格中水平方向处理器个数P、处理器网格中垂直方向处理器个数Q的并行性能。通过测试和分析来研究高性能计算机集群的并行性能及其优化策略。     

基于CFD技术的5000 kW挖岩绞刀内部流动分析

绞刀的吸入性能极大影响疏浚工程的施工效率,研究绞刀内的流动特性对提高绞刀吸入性能意义重大。采用雷诺时均纳维斯托克斯(RANS)湍流模型的计算流体动力学(CFD)方法,对绞刀刀臂处是否带有沟槽设计的2种结构形式绞刀内部流动进行数值模拟,对2款绞刀内部的流动特性进行对比分析,验证沟槽设计的合理性及优越性,为5 000 k W挖岩绞刀的优化设计提供技术支持。     

新型聚氨酯碎石空心块体生态堤结构构建*

为降低工程对河口环境的不利影响、提升生态效应,依托长江口南槽航道治理一期工程整治建筑物工程进行生态堤结构研究。根据长江口生物类群生态特征并结合工程影响因素,确定大型底栖动物作为目标生物研究对象,分析给出主要优势物种的生境需求特性和关键指标。在此基础上,提出新型生态聚氨酯碎石空心块体结构,给出堤身结构设计形式,并通过流体动力学数值方法对比研究不同块体平面组合布置方式。提出新型空心块体结构的施工工艺,进行结构吊运内力有限元分析,并通过实际施工试验验证可行性。