半潜柱体垂荡运动二阶水动力分析

非线性波物相互作用一直是深海工程领域关心的热点问题,因此有必要采用二阶时域理论对非线性波物相互作用问题进行研究分析.对自由面条件和物面条件进行Taylor级数展开和Stokes摄动展开得到一阶和二阶边值问题.使用基于Rank ine源的边界元法计算每一时刻的流场,并在自由面上采用积分格式的自由面条件;在远方控制面上采用多次透射边界条件;同时,对做强迫正弦垂荡的半潜柱体进行了时域模拟,讨论了二阶水动力对浮体受力的影响,并将数值结果与相关文献中的结果进行了比较和分析.结果表明采用文中方法得到的数值结果准确、稳定和高效.     

常数分布Rankine源法与二阶绕射问题精度研究

为了准确地预报作用在浮体上的非线性水动力,采用时域二阶理论对非线性波物相互作用问题进行了研究.对自由面条件和物面条件进行Taylor级数展开和Stokes摄动展开得到一阶和二阶边值问题.使用基于Rankine源的边界元法计算每一时刻的流场,并在自由面上采用积分格式的自由面条件(IFBC);在远方控制面上采用多次透射边界条件(MTF).以圆球绕流和直立圆柱桩的二阶绕射问题为例,研究了所述方法的数值精度,经过对数值结果的比较与分析,得出了该方法精度较低的原因,并且得到MTF和IFBC可以有效地用于时域二阶问题的数值模拟,在远方人工边界上达到无反射的效果.     

三体船兴波阻力计算的自由面网格快速生成

针对三体船Rank ine源计算方法的自由面网格快速生成问题,基于NURBS(非均匀有理B样条)曲线表达船体水线及自由面网格边界线,运用贴体坐标代数法生成自由面网格,开发了适用于三体船兴波阻力计算的自由面网格快速生成系统.该系统仅需输入必要的船体型值和几个控制参数即可快速生成三体船兴波阻力计算的自由面网格,并实现网格密度变化控制,避免了商用网格生成软件生成三体船自由面网格的繁琐过程,可用于带有方尾的三体船型自由面网格快速生成,提高了三体船兴波问题Rank ine源计算方法自由面网格划分效率.     

高速双体船的水动力特征研究

发展了基于二维半理论的预报排水型双体船在波浪上的水动力特征及运动性能的数值方法。在定解条件中，自由面条件是三维的，而控制方程和物面条件则是二维的，所以称为二维半理论。采用时域自由面Green函数将定解问题转化为物面上的积分方程，进而求解水动力系数和船舶运动方程。已经对NPL4b双体船型的运动性能作了理论预报，预报结果与试验结果相当接近。对NPL5b双体船型的计算再次表明二维半理论预报结果与试验结果在中流航速吻合很好。通过改变片体间距，考察了双体船的水动力系数及波浪力特征，表明考虑片体间水动力干扰现象对双体船运动预报是必要的。     

阶梯溢流坝流场的数值模拟

本文首先在势流假定的基础上，通过迭代自由面残压分布的分析，提出了一种简单、易行的求解带自由面势流问题的方法──残压反馈方法（ＲＰＦ）。进而，本文对带自由面高雷诺数流动的阶梯溢流坝提出了一种数值模拟方法，即自由面先由ＲＰＦ方法确定，由Ｔｈｏｍｐｓｏｎ变换方程将不规则域换成规则域，然后用由作者提出的平均化差分格式［１］在变换平面上离散求解涡量──流函数方程，其中涉及到的壁面涡量的计算采用由作者导出的不规则形状壁面涡量一阶公式［２］进行计算。取ＮｅｗＭｏｎｋｓｖｉｌｌｅ坝的前三个阶梯作为计算例子，在条件：ｑ＝９．３ｍ２／ｓ．ｍ，网格尺寸５４×２１和Ｒｅ＝１０４下，进行了流场模拟，将其计算结果与我们进行的实验结果相比，符合良好，证明了本文方法的可行性。所得结果对了解阶梯溢流坝水力特性及此类坝型的优化设计提供了一定的依据，同时，这一方法亦可用于求解任意边界带自由面高雷诺数的问题。     

泰勒展开边界元法的船舶兴波阻力计算

针对分布源方法求解船舶定常兴波时需将自由面配置点前移的问题,本文基于一阶泰勒展开边界元方法构造边界积分方程。利用定常兴波势一阶导数直接求解,克服了分布源方法中定常兴波势一阶、二阶导数均需差分,构造边界积分方程复杂的问题。分别计算了Wigley船型以及S60船型的兴波阻力,给出了不同船型的波面等高线图,船侧波形图。计算结果与已发表的数值结果和试验数据吻合较好。本文方法无需对自由面配置点前移,避免配置点移动距离对数值结果的人为影响,改进了数值模拟方法的鲁棒性。     

排水型高速双体船兴波问题的数值计算

以一种基于NURBS(non-uniform rational B-splines，非均匀有理B样条)的域外奇点高阶面无法计算了排水型高速双体船兴波波形与波形阻力。该方法以NURBS准确地表达船体表面、待求的自由面兴波波形和船体表面上及置于自由面上方一定高度的未知源强分布曲面。所引入的方尾边界条件及相应数值处理简单而有效。计算结果较好地反映了排水型高速双体船由于片体内侧的散波干扰作用而形成的复杂兴波波系的特征并求得与实验值接近的波形阻力。     

二维非线性辐射问题数值模拟

基于势流理论模拟了二维剖面辐射问题,应用边界元法求解二维剖面速度势,在自由面与物面交点等拐点处采用双点技术,应用四阶龙阁-库塔法处理完全非线性自由面条件,应用数值阻尼处理远方辐射条件,应用平滑技术处理自由面条件以消除锯齿不稳定性,应用三次样条逼近对自由面网格进行重新划分,引入辅助函数以精确求解物面压强,计算了二维剖面水动力以及自由面形状,计算了附加质量和阻尼系数等水动力系数,并与其他理论计算结果做比较。比较表明,该文计算结果与其他理论计算结果吻合良好。     

基于时域有限差分的传输线串扰方法研究

针对串扰这一高频电子电路多发现象,从时域有限差分法这一有效的电磁学计算工具出发,给出了π型Leapfrog中心差分格式的理论推导. 利用时域有限差分法计算出三芯线在集总参数模型、分布参数模型以及外施场激励条件下的“场-线耦合”模型三者的串扰值理论值,并与三维电磁场软件CST Studio Suite的仿真结果进行对比,验证了此方法的准确性与可靠性.     

急流条件下模拟自由面紊流的“弹性盖”法

文献［１］提出了一种模拟自由面紊流的“弹性盖”法,并实际计算了底部垂向射流流场,其自由面流动性质属缓流。本文研究了在急流条件下“弹性盖”的变形规律,得出了急流条件下只需“弹性盖”变形方向与缓流情况相反即可获得相应的自由面位置的结论,并给出了实际算例。     

水线积分项对运动浮体波浪绕射力的影响

基于常值分布源的时域边界元方法讨论海洋浮式结构物运动时的波浪绕射问题,研究比较了３种水线数值模型对于波浪的力影响。     

中国采用近似边界条件的振荡翼型欧拉方程数值解

This paper presents an efficient numerical method for solving the unsteady Euler equations on stationary Cartesian grids.Wall boundary conditions are implemented on nonmoving mean wall positions by assuming the airfoil being thin and undergoing small deformation,but the mean angle of attack of the body can still be large and we use the full nonlinear Euler equation in the field for accurate resolution of shock waves and vorticity.The method does not require the generation of moving body-fitted grids and thus can be easily deployed in any fluidstructure interaction problem involving relatively small deformation of a thin body.We use the first-order wall boundary conditions in solving the full Euler equation.Unsteady transonic flow is calculated about an oscillating NACA 0012 airfoil at free stream Mach number M∞=0. 755, mean angle of attack αm=0. 016,amplitude of pitching oscillation αo=2.51,reduced frequency k=0.0814.The computed results,including surface pressure distribution,instantaneous lift and moment coefficients are compared with known experimental data.It is shown that the first-order boundary conditions are satisfactory for airfoils of typical thicknesses with small deformation for unsteady calculations.     

含透空结构浮体的微幅振荡辐射特性

基于线性势流理论以及porous-wavemaker理论,针对带有侧立透空薄板、在三自由度（纵荡、垂荡和横摇）内作微幅运动的浮式结构物的波浪辐射问题,利用分离变量法以及边界匹配特征函数展开方法,以解析解的形式,建立该波浪辐射问题的二维无因次理论解析计算模型,得到各流体子区域内速度势函数以及该浮式结构物的无因次附加质量和辐射阻尼系数. 分析在不同的透空薄板透水系数下,该浮体的附加质量和辐射阻尼随无因次波长的变化趋势. 将部分解析计算结果与现有研究成果进行对比分析,一致性较好,验证了针对该问题提出的解析计算模型的正确性. 研究结果表明,在低频范围内,透水薄板的透水系数对该浮式结构物的水动力系数的影响较明显;随着透水能力的增大,该浮式结构物的水动力系数呈现出减小的趋势,这对改善浮式结构物的稳定性具有重要意义.     

自由面流动模拟的MPS算法研究

船舶与深海工程结构在恶劣海浪中会发生砰击和上浪等强非线性自由面流动问题,有必要开发适合模拟非线性自由面流动问题的数值方法.基于网格法在处理一些网格发生大变形或数值不连续问题时还存在困难,采用一种无网格方法——移动粒子半隐式法模拟了溃坝问题,比较了不同固体边界条件、时间步长、时间步进模式、迭代方法、核函数以及粒子初始间距对计算结果的影响,并将数值结果与实验结果进行了比较,两者吻合较好.     

生态组合技术净化景观水体实验研究

生态浮床和生物接触氧化组合技术是依据陆生植物的养分吸收特性,利用无土栽培技术,通过植物根系的吸附和吸收作用,富集污染水体中的N、P等营养元素,同时利用在生物填料表面形成的生物膜对水体进行净化.从而实现改善水质,美化水域环境和保护水生态环境的目的.通过对公园水体的静态试验,结果表明,组合技术对水体中N、P等的去除率要高于单一的生态浮床技术,具有很好的应用前景.     

新型对接棱台状FPSO的浮体参数和水动力分析

为解决传统船型和棱柱筒状FPSO的性能局限,提出一种具有对接棱台状浮式主体的新概念FPSO.根据所研发的新型对接棱台状浮体模型,确定了能够反映浮体几何形状、FPSO基本功能和水动力性能的5个相互独立的外形参数.然后,采用基于频域势流理论的边界元数值模拟方法研究了新型对接棱台状浮体在波浪中的运动响应,并且定性分析了不同浮体外形参数(下倾角、水线面外接圆半径等)对浮体水动力性能的影响.最后,根据频域势流理论和工程近似方法,分析并概括出基于垂荡运动性能的新型浮体设计准则和方案.在此基础上,结合某棱柱型FPSO的基本功能(载重量、排水量、储油空间、上甲板面积的设计值),完成新型FPSO的主浮体设计.通过性能比较,证明了对接棱台状FPSO的水动力性能优势和设计方案有效合理性,以期能够为深水油气开发提供一种有效的新型工程装备和解决方案.     

起伏地表条件下有限差分地震波数值模拟 ——基于广义正交曲线坐标系

为了解决常规有限差分法在处理起伏地表自由边界条件时存在的需进行复杂坐标旋转和插值运算,以及对起伏地表进行阶梯状离散近似所产生的虚假绕射波等问题,把待求解的物理域离散成贴体正交曲线网格,将该网格映射到计算域的矩形规则网格上,在该计算域内求解一阶弹性波速度-应力方程及相应的自由边界条件,实现了广义正交曲线坐标系下的起伏地表地震波数值模拟问题.该算法简化了自由边界条件的实施,避免了因起伏地表阶梯化网格离散近似所产生的虚假波.数值模拟结果表明,该方法是可行的,可以用于起伏地表条件下地震波传播规律的研究.     

FPSO运动与波浪载荷三维水弹性分析方法研究

为了与三维水弹性方法相匹配,将二维梁振动理论与三维刚性船体湿表面网格划分方法相结合,提出了一种适用于三维弹性浮体的湿表面网格划分方法.在此基础上利用广义流同耦合界面条件,建立分布源积分方程,获得计及船体弹性效应的三维水动力系数和绕射力.进而建立了船舶在规则波中的广义水弹性运动方程,求解出各阶振动的主坐标后,利用模态叠加法计算船体的波浪载荷.通过实船计算表明,该方法具有较好的计算精度.     

LBM的医学影像非刚体配准新方法

为了提高医学影像的配准性能,利用流体粒子运动可以模拟任意自由复杂形变的特性,将医学影像配准问题转化为粘滞流体力学物理问题,提出了一种基于离散格子玻耳兹曼方法(LBM)的非刚体配准新方法.配准过程是把浮动影像、目标影像和浮动影像的灰度差以及像素点分别视为粘滞流体、外力以及流体粒子,通过LBM方程模拟浮动影像像素点在外力作用下的流动,使影像产生位移场,发生形变.当两幅影像的灰度值接近一致时,外力消失,流体流动停止,影像达到配准.建立了含外力项的粘性可压缩LBM方程,并对边界条件、初始条件和速度模值进行了定义.实验结果表明,文中方法与同类方法相比,配准性能得到了全面提升,提高了配准效率,适合大形变配准场合.