考虑侧斜及纵倾情况下的船舶螺旋桨最佳环量分布计算

为了获知纵倾及侧斜对螺旋桨最佳环量分布的影响,采用升力线旋涡模型进行了计算分析.把集中的附着涡放置在桨叶的中线即弦长中点处,以计及桨叶侧斜和纵倾的影响,如果桨叶没有侧斜和纵倾,则升力线仍为径向线,否则升力线为一空间曲线.通过对计算结果的对比分析得出:增加纵倾分布可以增大推力系数;侧斜分布对轴向诱导速度的影响与切向诱导速度的影响相反;随着侧斜角的增加,内半径区内的水动力螺距角呈现增大的趋势,而在外半径区的水动力螺距角则呈现减小的趋势.     

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.     

斜流中螺旋桨非定常水动力性能的数值分析

斜流是一种相对简单的非均匀来流,其加剧了船艉伴流场的非均匀性,对螺旋桨非定常力非常不利。为了探讨斜流中螺旋桨水动力性能与受力变化的一般规律,本文对DTMB4679螺旋桨斜流中的非定常水动力性能进行计算。计算结果表明:在斜流工况下,桨叶表面压力分布不均匀,是激振力产生的根本原因,并且桨叶表面压力分布不均匀性随进速系数的减小而增大;单片桨叶的受力的脉动幅度随斜流角度的增大而增大;在不同的斜流角度、进速系数下螺旋桨涡结构云图也表现出一定的变化规律。     

推进式搅拌混合器内湍流特性研究

利用计算流体力学湍流模型和多重参考系法对典型的推进式搅拌混合器内湍流特性进行分析,得到了混合器内时均速度和湍动能的分布特性。研究结果表明,随着半径的增大,时均速度数值先增大后降低,桨叶顶端附近的时均速度较大,与文献试验相吻合;叶轮下端排出区时均速度数值随着轴向位置的增加呈现先增大后急剧下降趋势,在叶轮以上区域沿轴向变化趋于一致;叶轮排出区湍动呈现非均匀性,同一轴向或径向位置各点湍动能最大相差7～9倍。推进式桨叶与45°三叶折叶桨相比具有较好的轴流特性和相对较远传输距离。     

轴向运动功能梯度材料板的自由振动与屈曲特性

为了解轴向运动功能梯度材料薄板的自由振动与屈曲特性,基于复合材料薄板理论推导出轴向运动功能梯度材料薄板的运动方程,用Galerkin法寻求不同边界条件下运动方程的级数解,计算其自振频率、临界屈曲速度和临界屈曲荷载,并通过数值算例分析了轴向速度、材料组分指数、面内力和边界条件等因素对轴向运动功能梯度材料板自振频率、临界屈曲速度和临界屈曲荷载的影响。结果表明:自振频率和临界屈曲速度随面内拉力的增大而增大,随面内压力和组分指数的增大而减小;板的自振频率随轴向运动速度的增大而减小,而临界屈曲荷载则随轴向速度的增大而增大;边界条件对板的临界屈曲速度和临界屈曲荷载会产生明显影响。     

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．     

背压差影响下压力旋流式喷嘴喷雾性能的实验研究

为了研究背压差对压力旋流式喷嘴雾化性能的影响规律,实验分析了背压差对压力旋流式喷嘴喷雾形成雾滴的索特尔平均直径(Sauter mean diameter,SMD)、雾滴速度以及喷雾锥角的影响以及SMD、雾滴速度在雾场轴向和径向的分布特性.结果表明:随着背压差的增加,喷雾锥角和雾滴速度随之增大,而SMD不断减小.背压差分别高于0.32、0.30 MPa时,SMD、雾滴速度和喷雾锥角的变化率均小于5%.当背压差为0.30 MPa时,随着轴向距离的增大雾滴速度减小,而SMD呈先增大后减小的变化趋势;SMD和雾滴速度随着径向距离的增大而增加.     

非均匀来流中全方向推进器非定常水动力性能的研究

为进行安装全方向推进器的潜器运动仿真,研究了非均匀来流中全方向推进器水动力性能的面元预报方法,预报了不同轴向非均匀来流情况下全方向推进器水动力性能.基于螺旋桨面元法理论建立了非均匀来流中全方向推进器水动力性能计算的数学模型,对非均匀来流中全方向推进器的非定常水动力性能进行了数值预报.采用了关于扰动速度势的基本积分微分方程;并且采用双曲面元以消除面元间的缝隙,在桨叶随边满足压力库塔条件.在计算面元的影响系数时,应用了Morino导出的解析公式.为避免数值求导中的奇异性,用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布.预报了非均匀来流中全方向推进器的非定常水动力性能,并与均匀来流中全方向推进器的非定常水动力性能作了对比.计算结果表明在某些轴向非均匀来流情况下,全方向推进器水动力性能要好于轴向均匀来流时的水动力性能.     

某飞行器的气动特性计算及仿真

为了研究飞行器在攻角范围为0°~15°时的气动特性,文中采用Gambit软件对飞行器进行物理建模,通过Fluent软件设置典型值对飞行器在某一马赫数和不同攻角下的气动力进行仿真计算,结果表明该飞行器的升力系数在攻角范围为0°~12°时逐渐变大,在攻角范围为12°~15°时减小;阻力系数和俯仰力矩系数随着攻角的增大逐渐增大.     

吸力锚飞溅区吊装入水速度影响分析

针对吸力锚吊装作业跨越飞溅区时的动力学问题,本文基于雷诺时间平均Navier-Stokes (RANS)方程,采用流体体积函数法求解多相流,对在不规则波浪中不同吊装速度下缆绳拉力与吊物运动进行了分析。通过数值结果与工程实测数据进行对比,验证数学模型的准确性,并研究动态影响因子、特征拉力和运动参数随傅汝德数和速度的变化。结果表明:在实际吊装速度为0.1～0.7 m/s时,即使缆绳的拉力和结构物的运动呈非线性变化,吊装作业中缆绳也不会发生松弛;随着吊装速度的增加,纵向和横向位移的均值增加,最大可达-1.204 m。结构物的横摇和纵摇加剧,而艏摇减弱,但吊装速度最大时艏摇角仍大于0.25°。研究表明:在吊装作业中应当充分考虑吸力锚的水平面非对称运动,仅对其垂向运动进行仿真是不合理的。     

Effect of rifle bullet parameters on the penetration into ballistic gelatin

To understand the effects of the rifle bullet parameters on the bullet-gelatin interaction quantitatively, a finite element model of bullet penetrating gelatin was set up and computational results are compared with experimental ones. The penetration of the rifle bullet into the gelatin was simulated by the nonlinear finite element method. The quantitative analysis of the changes in the gelatin interaction with the rifle bullet were conducted by changing the bullet parameters, such as attack angle on gelatin, initial velocity, warhead's tip and location of mass center of bullet. Results demonstrate that with the increase of the attack angle, instable moment of the bullet moves forward,the length of narrow wound channel shortens,and when penetration is completed diameters of temporary cavities increase, the gelatin energy and energy transmission ratio increases; With the increase of the impact velocity, instable moment of the bullet moves forward, the maximum forces acting on the gelatin and the gelatin energy increase remarkably; the length of narrow wound channel shortens, diameters of temporary cavities increase when penetration is completed, the gelatin energy and energy transmission ratio increase; The warhead's tip and location of mass center have a influence on the instable moment of the bullet and length of the narrow wound channel. The instable moment delays and narrow wound channel increases when the warhead's tip flattens. The instable moment moves forward a little and the narrow wound channel shortens a little when location of mass center moves back.     

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.     

无空化导管桨的极限效率分析

为提高导管螺旋桨的推进效率,改善水下潜器的续航力,采用数值方法对19A/Ka4系列导管螺旋桨在不同长径比、直径比、螺距比和盘面比下的流场进行了模拟.对不同参数下导管螺旋桨的推力、扭矩和效率进行了分析,得出了导管长径比对性能几乎没有影响,但从流场观察来看,长径比增大使梢涡涡核压力提升,增大了空泡数;减小导管内外壁直径比和螺旋桨盘面比,都会使导管桨的效率提高,而推力系数和扭矩系数略有减小.螺距比对导管螺旋桨效率的影响与传统桨类似,随着螺距比的增大,其最高点效率逐渐增大,而后几乎不变.在限定了盘面比和直径比范围的前提下,对该系列导管螺旋桨的极限效率进行了探索.结果表明,该系列导管螺旋桨的最高效率出现在最小盘面比和较小直径比的情况下.     

Large-eddy simulation and experimental study on the turbulent wake flow characteristics of a two-bladed wind turbine

Large-eddy simulation(LES) with fully resolved rotor method(FRM) is applied to explore the turbulent wake flow characteristics and vortex evolution laws of a two-bladed horizontal-axis wind turbine. Relevant wind tunnel experiments have been done based on time resolved particle image velocimetry(TRPIV) technique. The simulation results are validated by the experimental data and they are in good agreement. The axial average velocity, turbulent kinetic energy, shear Reynolds stress, and vortex structure of the wind turbine wake are analyzed based on the comparison of LES results and experimental data. It is observed that the wake diameter of wind turbine enlarges with the increase of tip speed ratio(TSR). Turbulent kinetic energy meets its minimum value when x/R=2.0. Shear Reynolds stress appears a positive peak in the near wake when x/R2.0, and the value of shear Reynolds stress decreases along the axial direction. The blade tip vortex dissipates more quickly than the central vortex in the wind turbine wake, and the gradient of the relationship curve between the blade tip vortex core position and the vortex age decreases as the TSR increases. With the increase of TSR, the thrust coefficient increases, and the power coefficient increases first and then decreases.The present work proves that LES with FRM could calculate wind turbine turbulent wake flow with a high accuracy.     

机械式全调节水泵抬机及其原因分析

抬机是水泵运转中经常出现的故障之一,发生机理较为复杂,影响因素很多,如进水池的水位变幅突然增大等.机械式全调节水泵在某些工况运行时因机械调节机构本身的原因也会发生抬机,尤其是往正角方向调节叶片角度时.从受力分析角度出发,以16CJ-80型机械式全调节水泵为例,对其叶片系统进行详细的受力分析,针对不调叶片安放角、往正角方向调、往负角方向调3种情况进行力学计算.经对比分析,得出结论:机械式叶片调节机构的受力方式是引发抬机的一个内因,机组推力轴承受力的突变是引发机组抬机的根本原因.因此,改善机械式叶片调节机构的受力,可以有效解决水泵机组的抬机问题.     

叶片安放角对蜗壳式轴流泵反转作透平的性能影响

为了利用轻化工行业中低压头、大流量的液体余压能,以国内某企业生产的一台比转速为900的PLK XII型蜗壳式轴流泵为研究对象,分别在叶片安放角为12°、14°、16°时,使用ANSYS Fluent进行数值模拟定常计算,以探究不同叶片安放角对蜗壳式轴流泵反转作液力透平性能的影响。基于泵及透平的最优效率点,得到不同叶片安放角下泵与液力透平的流量换算系数K_Q、扬程换算系数K_H、效率换算系数K_η和轴功率换算系数K_P。根据计算结果可知:叶片安放角为12°时,K_Q=1.31、K_H=1.22、K_η=0.92、K_P=1.05;叶片安放角为14°时,K_Q=1.22、K_H=1.68、K_η=0.94、K_P=1.12;叶片安放角为16°时,K_Q=1.06、K_H=1.86、K_η=0.97、K_P=1.23。研究结果表明:随着叶片安放角的增大,蜗壳轴流泵在泵和透平工况下最优效率点的扬程、流量和效率均逐渐增大;增大叶片安放角可以增加泵工况叶轮进口流速均匀度;随着叶片安放角增大,透平叶轮进口前的蜗壳流道内的流态变得更好,隔舌处流速的分布更加均匀。     

面元法计算桨后舵附推力鳍水动力性能

为了提高船舶的推进性能,达到节能的目的,采用升力面法和基于速度势的面元法分别计算螺旋桨与舵附推力鳍的水动力性能,对影响推力鳍助推性能的几个主要参数进行了变尺度研究.采用双曲面元以消除面元间的缝隙,采用迭代计算来处理螺旋桨与舵附推力鳍的相互干扰.计算了在舵附推力鳍影响下螺旋桨尾流场周向诱导速度沿径向的分布.从理论上说明了推力鳍的助推节能原理,分析了加装舵附推力鳍之后螺旋桨水动力性能的变化.计算结果表明,舵附推力鳍可以吸收螺旋桨尾流场的部分旋转能量产生附加推力,其助推效率可达3%～4%.     

螺旋桨诱导的船尾脉动压力的数值模拟

利用奇点分布的方法计算船尾脉动压力．在用面元法计算螺旋非定常水动力性能的基础上，在船舶尾部分面元并分布奇点，通过迭代求解船尾和螺旋桨的相互影响，在此计算过程中，采用较为简捷的关于扰动速度势的基本积分微分方程，并采用双面曲形状的面元以消除面元间的间隙，Newton-laphson迭代过程被用来在桨叶随边满足压力Kutta条件，使桨叶上下表面的压力在随边有良好的一致性，在计算面元的影响系数时，应用了Morino导出的解析计算公式，加快了数值计算的速度．从面元法的基本积分方程得到的偶极强度和源汇强度，直接求得流场中的速度分布，并以此计算船尾和螺旋桨的相互影响，得到稳定的流场以后，通过伯努里方程计算船尾压力分布，并通过傅里叶变换得到各个阶脉动压力，最后将计算结果和试验结果作了比较分析。