导管螺旋桨不同桨叶的叶梢泄露涡分析

为了深入探讨叶梢泄露涡的流动机理,研究了导管螺旋桨中桨叶螺距比与盘面比对叶梢泄露涡的影响,以及不同桨叶中叶梢泄露涡、叶梢负荷与叶梢泄露流三者之间的关联. 采用数值方法对不同桨叶的导管螺旋桨流场进行了模拟分析. 结果表明: 当螺距比增大,叶梢泄露涡逐渐远离桨叶吸力面,涡核空化数降低;当盘面比增大,叶梢泄露涡的轨迹基本不变化,涡核空化数提高; 叶梢泄露流通过与叶梢泄露涡之间的流动剪切作用影响叶梢泄露涡的发展;叶梢泄露流流速受到叶梢负荷的影响,负荷越高的位置,叶梢泄露流的速度也越高．     

环肋导管桨推进性能分析

针对常规螺旋桨或导管螺旋桨旋转时水流漩涡运动引起的船舶推进系统能量损失，本文提出一种环肋状结构的33+Kd5-100导管螺旋桨形式用以回收利用该部分能量。基于计算流体力学理论，对导管螺旋桨内壁后半段构造横剖面为三角形的螺旋状环肋结构采用多分区混合型网格划分方法和移动参考坐标系方法，并对其水动力性能与节能效果进行计算评估。结果表明：环肋导管桨的推力系数和扭矩系数相较于常规导管桨能够获得明显提升；在高进速系数推进时，环肋导管桨在推力系数扭矩系数和效率上均有不同幅度的提高；在低进速系数时其推进性能不如常规导管桨。     

导管桨水动力特性的数值研究

为了研究导管桨的推力、转矩和效率等关键水动力参数与进速系数之间的关系,本文采用计算流体力学技术(computational fluid dynamics,CFD)分析导管对螺旋桨水动力特性的影响。在建立导管桨的计算模型时,采用了全结构化网格技术,螺旋桨和导管之间的相对运动通过运动参考系(moving reference frame,MRF)方法实现。本文以JD7704+Ka4-55导管桨为例,分析其定常水动力性能,用试验结果对数值计算结果进行了初步验证,进而研究了不同导管长度和叶稍间距时导管桨的水动力特性,并探讨了斜流对导管桨推力、转矩和效率的影响。结果表明:导管桨在低进速下由导管所产生的推力会有较大提升,导管的存在能够显著减小斜流中螺旋桨推力和转矩的脉动。     

主要设计参数对混合式CRP推进器敞水性能的影响

为了获取主要设计参数对混合式CRP推进器敞水性能的影响,采用RANS方法详细研究了前桨、后桨和吊舱之间的相互干扰作用,进一步详细分析了前后桨间距和转速比对其水动力性能的影响规律。结果表明,处于后方的吊舱推进器对前桨的干扰较小,而前桨尾流对吊舱推进器水动力性能产生较大的影响;混合式CRP推进器总的推力系数随间距的增大而减小,扭矩系数变化不大,敞水效率随间距的增大而减小;混合式CRP推进器总的推力系数和扭矩系数随转速比的增大而增大,但敞水效率随转速比的增大而减小;相同进速系数下,混合式CRP推进器的敞水性能与转速比呈线性关系。     

粘性流场中吊舱推进器性能的数值模拟

针对粘性流场中吊舱推进器的水动力性能问题,采用FLUENT软件进行了相关计算,计算中利用湍流模型封闭方程,采用滑移网格技术模拟螺旋桨的旋转.计算了吊舱推进器各部分的轴向力、侧向力、垂向力变化及主桨叶的受力变化,分析了偏转角和安装角对推进器性能的影响.计算结果表明,舱体和支架上的力为阻力,吊舱推进器会受到一定的侧向力和垂向力,二者大小相近,其影响不能忽略.螺旋桨尾流的影响使得桨盘面处的伴流不均匀桨叶受力产生脉动.当存在偏转角时,推力变大,轴向力变小,运行角会使推力减小,扭矩增加,效率降低.     

自由状态冰对螺旋桨水动力性能的影响

为了研究自由状态冰条件下的冰桨非接触干扰,本文采用重叠网格与流体-固体相互作用方法分别对冰桨非接触模型中冰块位移以及螺旋桨水动力性能进行了模拟,与实验结果的对比证明了该方法的可行性.研究发现:自由状态冰后面存在"加速区"与"阻塞区",随着冰块的靠近,阻塞区对螺旋桨的影响增大;随进速系数的增加,螺旋桨的推力系数和扭矩系数...     

导管桨内部流场的数值计算

为研究导管螺旋桨的内流场特征,用面元法计算了导管桨中螺旋桨和导管的诱导速度.导管上采用余弦布置轴向面元、均匀布置周向面元;螺旋桨叶片上径向和弦向均采用余弦布置方法.由于导管和螺旋桨之间存在相互干扰,在研究中采用了迭代计算方法.当迭代计算结果收敛后,可以求出导管及螺旋桨表面的速度势和源汇强度,进而根据蒙瑞诺解析公式计算导管桨的内部流场.在研究导管桨内部流场的过程中,计算了导管桨的水动力性能.对桨前后不同位置导管桨的内部流场进行分析,并将其和敞水情况作了比较.计算结果表明,导管的存在使得螺旋桨的诱导流场变小,螺旋桨的存在使得导管的诱导流场变大.     

不同螺旋桨配置对重型破冰船推力的影响分析

为了对比分析不同螺旋桨配置对重型破冰船推力的影响,本文基于已有重型破冰船螺旋桨布置方案,针对3种重型破冰船主参数方案分别提出了两桨以及功率比为1:1:1和1:2:1的三桨布置方案,并以常规螺旋桨的系柱状态替代破冰船破冰工况,计算不同螺旋桨直径、桨叶、螺距、布置以及功率分配下考虑和不考虑空泡的正车系柱推力,对比分析计算结...     

考虑非设计工况的螺旋桨优化设计方法

为提高螺旋桨的性能,研究了考虑非设计工况时螺旋桨效率的优化设计方法。以母型桨设计进速周围多个进速点对应的敞水效率为目标函数,以螺距比的径向分布为优化变量,以推力、扭矩和空泡性能为约束条件建立优化数学模型。通过对不同工况的效率值设置权重并进行加权求和的方法,将多目标优化模型转变为单目标优化模型,利用面元法求解螺旋桨的水动力性能,应用柏利尔商船限界线表达空泡性能,基于简单遗传算法对模型进行求解,得到了优化后的螺旋桨螺距比的径向分布,将考虑非设计工况与考虑设计工况下的优化结果进行了对比。对比结果表明,由于船舶航行时航速的变化,仅考虑设计工况下进行螺旋桨优化往往达不到预期的节能效果,需要综合考虑设计航速周围多个工况点对应的效率。     

螺旋桨-冰切削过程中接触载荷试验

冰对螺旋桨的碰撞是一个非常复杂的过程,经常导致螺旋桨桨叶发生变形和损坏,影响了船舶的航行安全。为了研究螺旋桨-冰的切削和碰撞,本文在空气中和水中分别开展了不同模型冰推送速度、切削深度、螺旋桨转速和进速系数下螺旋桨-冰的切削试验,测量了螺旋桨的推力和扭矩。试验结果表明:螺旋桨-冰在空气中切削时,切削深度越深,螺旋桨的推力越小,扭矩越大;模型冰推送速度越快,螺旋桨的推力和扭矩越大。螺旋桨-冰在水中切削时,切削深度越深,螺旋桨的推力和扭矩越大;模型冰推送速度的变化对螺旋桨推力和扭矩的影响很小;螺旋桨-冰之间的距离减小时,螺旋桨的推力和扭矩并不是恒定增加的。     

全方向推进器主要参数对其水动力性能的影响

为优化全方向推进器的模型设计,采用面元法分析全方向推进器主要参数的变化对非定常水动力性能的影响.基于螺旋桨面元法理论建立了全方向推进器的非定常水动力性能计算的数学模型,进行了数值预报,采用关于扰动速度势的基本积分微分方程,以双曲面元消除面元间的缝隙,在桨叶随边满足压力Kutta条件.应用Morino解析公式计算面元的影响系数,用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布.分析了全方向推进器主要参数对水动力性能的影响.计算结果表明,周期螺距角的值对全方向推进器的非定常水动力性能起决定性作用.该文的计算结果可以作为下一步试验研究的基础.     

Influence of structure parameters on terminal effect of small caliber PELE impacting metal target

By changing the length-diameter ratios and inner-to-outer diameter ratios, some numerical simulations were made on PELE normal penetrating metal target using AUTODYN-3D code. The influence rules of length-diameter ratio and inner-to-outer diameter ratio to the terminal effect of PELE are obtained. When the length-diameter ratio is in the range of 4-7, inner-to-outer diameter ratio is in the range of 0.54-0.72, the PELE can perform satisfactory double terminal effects embodied in armor-piercing and fragment killing. Based on simulation results, a test projectile is designed and an impact experiment of PELE is carried out, which demonstrate the efficiency of the simulation method.     

尾缘射流式垂直轴风力机气动特性数值分析

为抑制翼型表面流动分离并提高风力机叶片气动性能,将可靠性较高的吹气射流技术应用于垂直轴风力机叶片尾缘。采用数值模拟方法分析不同尾缘射流角度对垂直轴风力机风能利用系数、力矩系数及单叶压力与整机涡量的影响。模拟结果表明:在最佳尖速比(2.63)时,10°射流可以有效降低翼型尾缘脱落涡频率,有效控制叶片尾迹效应,整机效率及运行稳定性均优于0°尾缘射流式垂直轴风力机;在较低尖速比时,风力机单叶力矩峰值均集中在120°相位角,尾缘10°射流对整机力矩系数有显著提升效果;在较高尖速比时,单叶翼型压力面存在较大正压区,风能利用系数最大可提高11%左右,气动性能明显优于无射流垂直轴风力机。尾缘射流降低了风力机叶片所需承受的轴向载荷,提高了风力机输出功率。不同角度尾缘射流均能有效降低叶片表面流动损失进而延缓流动分离,数值结果为尾缘射流式垂直轴风力机的工程应用提供了部分参考价值。     

船舶螺旋桨流固耦合稳态求解算法

为了研究复合材料变形特性对螺旋桨水动力性能的影响,运用计算流体力学(CFD)理论,结合雷诺时均纳维斯托克斯(PANS)方程和3种湍流模型,计算了螺旋桨的敞水性能并将其和试验结果进行了对比,两者吻合较好,验证了流体计算的准确性.推导了变形后的螺旋桨纵倾、侧斜、叶切面螺距以及拱度等几何参数,并将CFD软件计算和有限元求解耦合起来,即首先利用流体计算软件计算桨叶压力载荷,再将流体载荷通过插值技术传递给有限元,计算出螺旋桨的变形,然后再将变形后的桨叶几何输入流体计算软件,反复迭代,直至结果收敛的过程,实现了螺旋桨稳态性能求解的流固耦合算法.该算法可以计算螺旋桨在不同转速和进速下的应力分布和变形,能够求解螺旋桨变形后的压力分布和水动力性能,适用于复合材料螺旋桨的设计.     

基于CFD的调距桨调距过程桨叶水动力性能研究

为了给调距机构的设计提供参考依据,该文采用数值方法对调距过程桨叶的水动力性能进行了研究.比较了调距桨调距过程与定螺距流场数值模拟方法的差异,运用计算流体力学中的动网格技术数值模拟了调距桨调距过程的流场.为了满足动网格的要求和保证网格更新过程中桨叶附近高的网格质量,对计算区域作了特殊处理.进行调距过程数值计算之前,用敞水试验数据验证了3种定螺距情况下数值计算结果.调距过程数值计算通过自定义函数控制桨叶的运动规律.计算结果表明,正常调距过程桨叶水动力性能与定螺距情况相差较小,该结论与理论分析结果一致.     

Blade pitch control of straight-bladed vertical axis wind turbine

Collective pitch control and individual pitch control algorithms were present for straight-bladed vertical axis wind turbine to improve the self-starting capacity.Comparative analysis of straight-bladed vertical axis wind turbine(SB-VAWT) with or without pitch control was conducted from the aspects of aerodynamic force,flow structure and power coefficient.The computational fluid dynamics(CFD) prediction results show a significant increase in power coefficient for SB-VAWT with pitch control.According to the aerodynamic forces and total torque coefficient obtained at various tip speed ratios(TSRs),the results indicate that the blade pitch method can increase the power output and decrease the deformation of blade;especially,the total torque coefficient of blade pitch control at TSR 1.5 is about 2.5 times larger than that of fixed pitch case.Furthermore,experiment was carried out to verify the feasibility of pitch control methods.The results show that the present collective pitch control and individual pitch control methods can improve the self-starting capacity of SB-VAWT,and the former is much better and its proper operating TSRs ranges from 0.4 to 0.6.     

水平受荷阶梯形变截面桩的内力及变形分析

基于线弹性地基反力法,提出水平荷载作用下阶梯形变截面桩内力及变形解析算法,该算法假定相同土层的地基反力模量为常数. 根据桩身的变截面特性以及桩周土体的分层情况将桩身进行分段,建立各段的微分控制方程. 考虑到桩顶、桩端边界条件以及相邻桩段间的协调变形条件,推导出符合桩段挠曲变形特征的迭代关系,得到任意边界条件下的桩身内力及变形算法. 通过将该算法的预测结果与有限元计算结果以及现场实测数据进行对比分析,验证了该方法的可行性. 分析桩身长径比、变径位置、桩径比对桩身内力及变形分布的影响规律. 减小长径比,将变径位置向桩底下移,均可以使得桩顶最大水平位移减小,最大弯矩增大,减小下部桩径有利于减小桩身弯矩峰值,更有效地协调桩身变形.     

污水厂气提式内回流影响因子试验

污水厂硝化液内回流通常采用浆叶泵,因安装台数有限间接地限制了回流比的调节幅度,当水质波动较大时难以实现精确回流。气提式回流通过改变气升管组数即可实现回流比的多工况精确调节,对污水厂节能降耗意义显著。本试验模拟研究污水厂内回流工况下,通气量q、管长L和管径d对气提泵提升性能斜率的影响规律。研究结果表明:气提泵扬水能力Q与通气量q的拟合曲线呈近似抛物线,越过峰值后气提泵效率显著下降; 增大淹没比有利于增大扬水量,淹没比-扬水量曲线DN100的比DN80大; 在工程应用实践中,根据实际情况,选用小长径比($\frac{L}{D} \le 50$)的管长和管径的配比; 淹没比在0.7、0.75、0.8、0.85和0.9时,升力效率曲线随着空气流量的增加而持续下降,效率随着淹没率的增加而下降。最后,通过建立fluent模型进行验证,得出模拟结果与实验结果一致,证明实验结果是准确的。