水下航行体垂直出筒流体动力特性研究

采用数值仿真的方法研究了水下航行体垂直发射出筒过程多相流场和流体动力特性演化规律．结 合动网格技术,采用多相流Mixture模型、Singhal空化模型及标准的A—s湍流模型,对混合流场的RANS方 程进行求解,进而求解了水下航行体运动的固体边界与运动流场相互作用形成了流一固耦合问题,使用此方 法,实现了在重力影响下水下航行体垂直发射出筒过程和流体动力特性进行数值模拟研究,分析了高压气团 对航行体出筒过程中的水弹道及其流体动力特性的影响,分析了航行体压差系数、粘性系数和总力系数波动 的原因     

筒口气幕环境的导弹出筒过程受力影响

为研究在发射筒口加载气幕保护装置后所生成的气幕环境对导弹发射过程中的受力影响,基于气幕环境及动量、动量矩定理建立了导弹水下垂直发射出筒过程动力学模型并开展了仿真计算,分析了2、3 m/s 2种航速在有无气幕保护时对弹体发射出筒受力影响.结果表明:有无气幕2种工况下,随着航速的增加,指定截面的导弹出筒载荷明显增大,有无气幕2种工况弹体出筒均伴随着较大的振荡过程,气幕对出筒过程力学环境改善作用明显,尤其对于航速2 m/s工况下弹体受力大约降低了50%.研究结果可以应用于相关系统方案设计论证、弹体运动及发射安全性评估.     

发射筒口燃气压力波数值模拟及实验验证

文章利用气泡脉动理论对筒口燃气脉动规律进行了分析,采用VOF多相流模型和k-ε湍流模型,对导弹水下发射时筒口燃气脉动压力波进行了数值模拟,并利用实验数据进行了验证.结果表明,数值模型与实验数据比较接近,在一定程度上反映了筒口压力波的变化规律,为水下发射环境研究探索了一种新的方法.     

水下喷气推进高速射流场数值研究

为建立航行体点火初期尾部流场结构的预测方法,并揭示水下燃气喷射非定常流场与推进航行体运动的相互关系,以简化的潜射火箭为研究模型,采用流体体积法（VOF）两相流模型结合动网格方法对系留状态和运动状态下的燃气喷射流场进行数值模拟,分析了两种状态下燃气喷射形成的复杂流场结构.结果显示,喷气推进航行体在水下发射时,喷口附近形成复杂的流动结构和演化过程,并伴有较大的压力脉动产生;航行体加速运动导致的边界变化对燃气喷射流场产生较大的影响.     

波浪模拟及其对水下航行体出水过程影响

为了研究波浪对水下航行体出水过程的影响,将二阶Stokes波的波面运动速度耦合到入射边界条件中,得到了与理论值吻合良好、精度较高的非定常数值波浪;研究了五级海情条件下,水下航行体模型水下垂直发射时波浪对其流场、力学特性等的影响.结果表明,水下航行体近水面时,受波浪引起的旋涡的诱导作用,航行体两侧附体旋涡位置、尺寸等差别...     

航行体水下点火三维流场数值模拟

采用三维网格和VOF(Volume of Fluids)多相流模型,对非轴对称、X型舵的航行体水下点火这一非稳态过程进行了三维流场数值模拟,捕捉了燃气泡的形成、发展及断裂过程,得到了航行体水下点火初期的流场变化和阻力变化,并进行了相关因素探讨和结果对比分析。研究表明,燃气泡的发展变化过程对航行体流场和阻力产生影响。该研究可为航行体水下点火设计及试验提供参考。     

水下航行器尾流数值仿真和特征分析

为研究水下航行器尾流特征的影响因素.文中借助圆柱绕流模型对尾流进行了数值仿真分析,基于计算流体力学中的大涡模型,通过二维和三维的数值仿真分析了航行器与入口间距、航行环境深度和航行器直径对尾流特征的影响.仿真结果表明:航行器与入口之间的距离越大,受冲击流的影响,尾流横向分散且分离处扩散的面积增加,尾流的速度减小;航行器航...     

一种带有阻尼板航行体的弹道模型与计算

针对带有阻尼板的某水下发射航行体的弹道模拟问题,首先对带有阻尼板的航行体进行了受力分析,得到了包括航行体阻力、航行体浮力和阻尼板阻力等在内的力学方程,同时考虑肩空泡和尾部燃气泡对弹道的影响,建立了关于肩空泡和尾部燃气泡的数学模型,然后基于以上的水下航行体力学模型给出了航行体运动学方程和动力学方程,构建了带有阻尼板航行体的弹道数学模型,最后通过具体的算例进行了仿真并与实测试验数据进行对比,验证了该航行体弹道数学模型的可行性和合理性.     

深水密度层航行潜艇兴波阻力的影响分析

为探讨密度分层流体中潜艇航行时的受力特性,本文采用基于粘流理论,结合UDF方法建立的用于密度分层流中潜艇水动力特性分析的多相流CFD模型;研究了SUBOFF潜艇模型以不同航速在深水层即内波交界面以下不同位置处航行时的受力特性。研究表明:航速、位置对深水层航行潜艇的受力特性有较大的影响;兴波阻力对总阻力改变有主要贡献;相较于近水面航行,在深水层航行潜艇的兴波阻力系数曲线峰值点向高航速推移;潜艇位置变化影响潜艇表面整体压强分布,而航速变化仅影响潜艇表面拐点处压强。本文给出了密度分层流中以多种工况在深水层中航行潜艇的受力特性,可为密度分层流中潜艇多参数受力分析提供一种有效的分析手段。     

浅海天然气管道泄漏扩散过程模拟研究

为评价浅海海底天然气管道泄漏事故后果,根据计算流体力学与多相流动理论,针对国外某天然气管道海峡穿越段,建立浅海海底管道泄漏扩散过程的计算模型。将泄漏孔径、泄漏速率、水流速度3个主要影响因素作为条件变量,模拟不同情况下的气液两相运动过程。结果表明,水下气体扩散分为三个阶段,即泄漏口上方形成气团、气团呈蘑菇状上升、气团由大气泡分裂为小气泡;泄漏孔径和泄漏速率对水下气体扩散到水面的时间具有显著影响,泄漏孔径与泄漏速率越大,气体泄漏量越大;气体泄漏量越大,水下气团体积越大,到达水面的时间越短;水流速度显著影响气体的扩散轨迹,水流速度越大,气体运动轨迹与海底的夹角越小,沿海流方向扩散的距离越远。研究结果可为水下天然气管道泄漏事故应急处理提供一定的科学指导。     

浮力驱动逃生舱上浮运动特性试验研究

为了研究浮力驱动逃生舱水下发射、水下上浮和出水运动特性，以及初始释放环境对运动规律的影响，本文开展了不同导向筒倾角、外部横流以及舱壁与导向筒内壁间的导向间隙影响下的逃生舱水下发射试验。研究表明：储备浮力充足的逃生舱能够克服因倾斜额外产生的筒壁间摩擦阻力顺利出筒，无需顶推装置助力；导向筒倾角是影响逃生舱水下发射及出水特性的主要因素，增大倾角会降低出筒速度，增大出筒难度；静水工况下逃生舱以一定倾斜角出筒后倾斜角逐渐减小，出水后的最大倾斜角与最大出水高度主要受出水时垂向速度影响，横流工况下上浮过程中逃生舱会产生周期性的摆动，出水后能够减小出水高度，减小垂向加速度；导向间隙主要影响逃生舱在导向筒中的倾斜角，对于出水安全性影响相对较小。     

桩筒复合基础筒体结构优化及承载性能分析

由于桩筒复合基础本身具有固有频率,为防止结构发生破坏,在设计其尺寸时应避免其固有频率与可能的荷载频率过分接近。本文利用ABAQUS软件对桩筒基础进行模态分析,得到最佳筒桩直径比和筒裙高度;对桩筒复合基础与传统单桩基础承载性能进行比较,讨论筒体和桩体受力特点;开展了室内试验,验证了模型的可靠性。结果表明:桩筒复合基础较单桩基础有明显承载优势和防冲刷效果,增加筒体直径是提高承载力的重要因素,而筒体高度超过一定值后承载力提高不显著。     

挤压筒应力的动态过程分析

对挤压筒的挤压过程建立了数学模型,并对其受力进行动态分析,查明了挤压过程中内压力作用长度影响筒体受力最危险点的应力变化规律,即当挤压轴行程为整个工作行程的１／３时,挤压筒最危险点应力可为初始应力的４／３倍,这规律也表明了平面应力分析方法与动态分析方法处理计算的差别;采用前者能得出带有普遍意义的静态分析结果;而采用后者,由于考虑了挤压筒内部不同截面应力,故能得出动态变化结果,对挤压筒结构优化设计和强     

水平旋流内消能泄洪洞的壁面压强及脉动特性

通过模型试验,研究了水平旋流内消能泄洪洞壁面压强及脉动特性.研究结果表明,在各流态下,随着上、下游水位的升高壁面压强随之增加,沿程逐渐减小;在Z/D=0.5～4.5范围内,压强变化剧烈,过渡段的性质非常明显,流态不同时规律不同;脉动压强主频在0.03～1.6 Hz,属于低频范围,优势频率主要集中在0～20 Hz之间;壁面脉动压强振幅概率分布基本上呈现高斯正态分布;但在水平段首 (Z/D=0～4.5)和尾(Z/D=29～水平段出口) Cs、Ce均要略大于理论值.     

海底管线天然气泄漏过程数值模拟

采用VOF(Volume Of Fluid)多相流模型对海底管线天然气泄漏过程进行了数值模拟研究,通过实验验证了数学模型的准确性和可靠性.结果表明:在泄漏初期天然气上升的同时也会横向扩散并逐渐形成直径为1.92m一个气团,随后气团脱离泄漏口继续向上运动,气团将分裂为多个小气团,海水将占据小气团之间的空隙.气团两侧会产生回流,气液两种流体之间形成强烈的湍流运动,加强天然气和海水的混合,造成天然气泄漏过程中气液两相之间的相互渗透.泄漏流量的增大将导致天然气从泄漏口运动到自由表面所需时间的减小,特别是在流量较小时,下降幅度较为迅速.     

水下超高速航行体的动力学建模及控制问题研究

水下超高速航行体的全部或大部分表面被空泡包裹,只有小部分与水接触.空泡的包裹一方面使航行体的阻力显著降低以达到高速航行的目的,另一方面又改变了航行体所受流体动力及其力矩的平衡方式,给超高速水下航行体的建模和控制带来了很大难度.该文采用空化器和尾部控制面联合控制方法,建立了水下超高速航行体纵向运动的动力学及控制模型.利用鲁棒性极点配置算法设计控制器并对该系统进行了仿真分析.分析结果表明,该控制方法能够明显改善超高速航行体系统的动态稳定性和可控品质,为进一步研究水下超高速航行体的动力学控制问题提供了一定的理论依据.     

回转窑筒体中心线调整参数的优化

分析了回转窑筒体中心线偏差产生的原因 ,指出筒体、轮带、托轮之间的几何尺寸、工作温度和托轮受力大小是影响回转窑筒体中心线偏差的主要因素 ,提出了回转窑筒体中心线偏差的计算公式 ,建立了调整回转窑筒体中心线偏差的优化模型 ,并通过计算机仿真进行了验证。     

航行体云状空泡稳定性通气控制

为研究水下航行体云状空泡稳定性,通过水洞实验对水下航行体模型云状空泡进行了实验研究,对比分析了不同空化数对水下航行体通气空泡稳定性的影响,分别分析了不同空化数下通气空泡发展、断裂和脱落等准周期性波动特性以及脱落速度和空泡发展对表面压力的影响,得到了通气对流动控制效果和局部不稳定性机理.结果表明:在通气作用下空泡内的透明部分逐渐增大,在逆压梯度的作用下,回射流形成并向航行体前部运动,空泡前部由透明逐渐变为浑浊,当回射流到达空泡前段,空泡表面出现波动,在回射流的作用下空泡以涡团形式发生脱落,航行体模型肩部通气空泡的发展和脱落随着空化数的控制而呈现明显的不同;当空化数较大时,空泡发生断裂、脱落两个过程;当通气量增大空化数减小后,空泡呈现断裂、融合、脱落3个过程,此时空泡呈现稳定发展的特性;空泡平均脱落速度随着空化数的减小而减小;实验结果也表明了不同时刻航行体表面压力脉动情况,空泡闭合位置存在压力峰值,航行体表面压力随着空泡的脱落出现波动.     

水下航行体垂直发射过程气幕形态特性研究

采用VOF多相流混合模型和标准k-ε湍流模型对水下航行体气幕垂直发射过程中气幕形态特性进行了深入研究．研究了气幕的形态、长度和夹断点距离随马赫数的变化规律,与实验结果进行了对比分析,分析结果说明了本数值方法的正确性和可靠性．得到了气幕垂直发射过程中的气幕的长度和夹断点距离在Ma<1.1时随马赫增大逐渐增加, 而Ma≥1.1时,介于21～22之间的气幕夹断点距离随马赫数的增加而基本不再变化．获得的气幕形态轮廓随马赫数的增大而增大．     

Y211型封隔器胶筒及卡瓦的有限元分析

为提高油田采油时油层分层用封隔器的密封可靠性,运用有限元分析研究不同因素对Y211型封隔器的密封元件胶筒与卡瓦的变形位移及受力情况的影响。结果表明:胶筒最大接触应力与变形量随载荷的增加而增大,上胶筒所受应力与变形量最大,每个胶筒的最大应力和变形量都出现在其与金属材料零件接触的端面附近;卡瓦的位移量和所受应力随载荷的增加而增大,在锥体下移的过程中卡瓦各齿间的位移和受力各不相同,由上往下依次减小,即最大量出现在最顶部齿上。