水深平均k—ε紊流模型在大尺度水域中的应用研究

本文利用Patanker求解紊动输运方程标准的SIMPLEC计算程式,对小尺度丁坝绕流进行了模拟计算,取得了与水槽试验一致的流速分布结果。为了探讨大尺度水域紊动量K、ε壁面边界条件的给定,本文将水槽看成是一种比尺模型,将水槽试验流速分布按重力相似和阻力相似准则延伸到大尺度水域,并以此研究k—ε模型模拟大尺度回流的置信水平。计算结果表明通过选择合适的紊动量壁面边界条件,该模型对大尺度回流计算也能取得较好的结果。     

浅水立波底部附近悬沙含量的二维分布

本文应用卡门理论得到浅水立波紊动粘性系数的计算式,再由此求出浅水立渡底部附近悬沙含量的二维解答,与Hattori的半经验结果符合良好。     

基于CFD的空气滤清器入口结构改进设计

采用基于时均Navier-Stokes方程和高雷诺数k-ε紊流模型,对某一型号空气滤清器入口部分进行了流动计算,并根据计算结果对压力、速度特性进行了分析,提出了改进模型。通过对改进后模型的计算,可以看出内部流场和流速的分布都得到了改善,证明改进后的结构更符合气体流动特性。     

后置定子对喷水推进泵性能的影响规律研究

本文采用RNG k-ε模型对不同后置定子叶数的喷水推进泵性能进行数值模拟,首先采用4119桨进行数值验证,计算结果误差均在3%以内,可有效预报水动力学性能。基于现有模型喷水推进泵,分析其水动力学性能,对比不同叶数定子的喷水推进泵性能,分析其推力性能,发现随着定子叶数增加到11叶,推力增大了5.7%,随着叶数继续增加,推力降低,最终只提高了2.1%;对转子推力进行傅里叶分析,发现转子的频域特性并未发生变化;同时分析尾流场压力脉动和湍动能分布,增加定子叶数可改善尾部流场的压力脉动,降低脉动值,随着叶数继续增大,脉动值又增加,其变化趋势与湍动能分布相同。通过掌握定子对喷水推进泵尾流场的影响特性,奠定喷水推进泵设计基础。     

潜航体激发类开尔文内波的垂向数值纹影实验研究

运用垂向数值纹影实验技术(NSS_V),研究了潜航体模型在线性分层流体中激发内波的形态特征,测量了类开尔文V形内波的张角、航行方向内波波长 λx与内弗罗德数(Fr=U/DN)之间的关系.实验表明:V型内波张角随着弗罗德数增大而减小,在Fr=1附近出现一个异常缓变平台;波峰线相关波长 λx与弗罗德数呈线性关系:λx=8.57Fr+1.74.对比实验表明潜航体的指挥塔对三维内波流场影响主要表现为其体积效应及角区的湍流尾迹效应.     

液力缓速器叶片倾角对容量系数的影响分析

根据能量平衡方程计算了叶片倾角与容量系数的数值关系,基于CAD和CFD技术,建立了缓速器工作流道的三维模型,采用RNG k-ε湍流模型模拟工作轮内部流场,分析了叶片倾角为40°,50°和60°时液体的翼面静压和湍流动能的分布规律,并利用有限体积法计算得到容量系数的数值.研究表明：叶片倾角为50°时,容量系数数值最小,其原因是叶片冲击引起的湍流最强,液流阻力最大.     

悬移质含沙量垂线分布

根据尼古拉兹实验结果拟合得到一个新的掺混长度表达式。将新掺混长度表达式与对数流速梯度相结合,得到动量传递系数的表达式。在此基础上假定泥沙紊动扩散系数与对应的动量传递系数相等,进而得到新的含沙量垂线分布公式。该公式与Rouse公式、van Rijn公式以及张瑞瑾公式相比,精度十分近似,有效地解决了Rouse公式表层含沙量为零,van Rijn公式分段表述结构不统一,以及张瑞瑾公式结构过于复杂的缺陷。利用多个海域实测资料对其进行验证,验证结果表明,新的含沙量垂线分布公式能够较客观地反映含沙量垂线分布规律。     

浮运围堰下沉过程中紊流宽度试验研究

通过局部动床概化水槽试验,采用MicroADV流速仪测量瞬时流速,得到浮运围堰下沉过程中围堰侧面纵向、横向和垂向紊动强度的分布情况。分析浮运围堰入水深度、行进流速、行进水深对紊流宽度的影响。结果表明:在试验条件下,浮运围堰入水深度对紊流宽度影响较大;行进流速、行进水深对紊流宽度影响较小。在试验范围内,围堰单独作用时水流相对紊流影响宽度D/B随围堰相对入水深度H c/H0的增加而增大,基本为线性关系。     

基于动网格技术对银盘船闸阀门段体型优化动态仿真研究

采用动网格技术和VOF方法对乌江银盘船闸阀门开启过程进行非恒定流三维紊流数值模拟,采用1min开阀方式分析阀门段水流急变分离的流态和压力的时空演化规律及出现空化空蚀的危险区域和时刻,并对阀门段体型进行了比较优化,最终确定了推荐方案。     

二维水翼非定常空泡流数值模拟

对非稳态空泡流现象的研究已成为当今一个研究重点。空泡非稳态脱落及其内部流动结构越来越受到研究人员的关注,但对其研究目前仍主要依靠实验手段。发展有效的数值模拟方法研究相关的机理具有重要的意义。本文从RANS方程入手,采用状态方程空化模型和计及可压缩性的SIMPLEC算法,实现了二维水翼CAV2003非定常空泡流动的数值模拟。研究了空泡从初生、发展、断裂,以及最终空泡在下游高压区溃灭的整个过程。计算表明,回射流并非完全液相的,而是汽液两相的。近壁面的回射流是导致空泡脱落的主要原因。最后,通过与第五届国际空泡会议上发表的7篇文献的对比,发现本文的计算结果是合理的。