带螺旋纹侧板Spar平台内孤立波载荷特性研究

在密度分层水槽中,该文分别对带和不带螺旋纹侧板Spar平台模型在内孤立波作用下的载荷特性开展了系列实验。实验结果表明,两类平台的内孤立波纵向水平力均可应用Morison公式进行计算,而垂向力则均可以采用Froude-krylov公式进行计算。对Morison公式中的惯性力系数均近似可取为2.0,而拖曳力系数与雷诺数呈指数函数关系,但两类平台指数函数关系中的系数有明显差异。结果还表明,螺旋纹侧板对平台垂向力的影响很小,即平台的垂向摩擦力可以忽略,但对平台纵向水平力的影响很大,安装螺旋纹侧板Spar平台的纵向水平力要远大于不带螺旋纹侧板的情况。此外,无论是带还是不带螺旋纹侧板的情况,Spar平台的内孤立波横向水平力都不可以忽略,但带螺旋纹侧板Spar平台的横向水平力要远小于不带螺旋纹侧板的情况。     

内孤立波与直立圆柱体相互作用特性数值模拟

为研究直立圆柱体的内孤立波载荷特性,依据三类内孤立波理论(Kd V、e Kd V和MCC)的适用性条件,使用内孤立波诱导上下层深度平均水平速度作为入口条件,采用Navier-Stokes方程为流场控制方程,建立了两层流体中内孤立波对直立圆柱体强非线性作用的数值模拟方法。系列计算结果表明,数值模拟所得内孤立波波形及其振幅与相应理论和实验结果一致,并且直立圆柱体内孤立波水平力、垂向力及其力矩数值模拟结果与实验结果吻合。直立圆柱体内孤立波载荷由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,其中摩擦力很小,可以忽略;对水平力,其波浪压差力与粘性压差力量级相当,流体粘性的影响显著;对垂向力,粘性压差力很小,流体粘性影响可以忽略。     

气液混输管线与悬链线立管系统严重段塞流数值模拟

针对气液混输管线与悬链线立管系统严重段塞流问题,采用严重段塞流形成条件一致的等效原则,发展了一种将三维管道系统等效为二维管道系统的计算流体力学(CFD)数值模拟方法.以文献中某水平/下倾管与悬链线立管组合系统为对象,结合其实验工况,数值模拟了该种管型下的严重段塞流现象,分析了其压力波动幅值及周期变化特性,数值模拟与文献所述实验结果一致,表明了该数值模拟方法的有效性.     

曲线坐标系下波浪传播的数学模型及其比较与验证

引入自适应网格技术，建立了曲线坐标系下考虑能耗影响的缓变水深水域波浪传播的数值模拟模型，通过在模型中引入能量耗散项以更好地处理全透射边界。基于原型缓坡方程，完善了等水深的轴对称双导堤水域内波浪传播的精确解表达式及其计算结果；提供了等水深的环形河道水域内较为详细的精确解。在极坐标系下就等水深的轴对称双导堤水域内波浪的传播，推导了缓坡方程的小角度抛物近似模型的解析解表达式。就上述两水域内波浪传播的数值模拟模型的数值解、抛物近似模型的解、精确解进行了详细比较，说明数值解与精确解相吻合、数值模拟模型比小角度和大角度抛物近似模型具有更高的精度。数值模拟模型能较好地模拟水深复杂变化的地形上波浪的传播，能有效反映波浪传播过程中的多种物理现象。     

气液混输管线水动力严重段塞流实验

水动力严重段塞流型相比于一般的地形严重段塞流发生范围更广且危害类似,因此需要在工程设计上给予关注.在水平-下倾-立管组合管线实验装置上,针对入口处不同气液两相流量组合,对该种组合管线系统中气液两相流特性开展了实验研究,获得了水平管和立管内气液两相流型图.实验发现,当水平管内流型处于分层流向段塞流过渡阶段时,可能会出现间...     

海洋内孤立波作用下张力腿平台动力响应特性

基于三类内孤立波理论KdV、eKdV和MCC的适用性条件,将张力腿简化为非线性梁模型,采用Morison和Froude-Krylov公式计算张力腿平台的内孤立波动态载荷,结合浮体有限位移时域运动方程,建立了内孤立波与张力腿平台相互作用的理论模型。以东沙群岛附近海域某实测内孤立波为对象,对典型张力腿平台(ISSC-TLP)在内孤立波作用下的动态载荷、运动响应以及张力腿张力的变化特性进行数值分析。研究表明,内孤立波不但对张力腿平台产生突发性冲击载荷,使其产生大幅度的纵荡位移,还会显著增加张力腿的张力。因此,在张力腿平台的设计应用中,内孤立波的影响不可忽视。     

水下航行体舵翼流致振动特性研究

基于水弹性力学理论,建立适用于该研究的流激振动相似理论,并发展舵翼系统实验模型设计方案及特性参数等效处理方法。在舵翼系统实验中,使用两组拉伸弹簧分别模拟系统的扭转刚度和支撑刚度,并利用精准的测量方法对系统的重心位置以及转动惯量进行标定。实验在空泡水筒中进行,利用加速度传感器和倾角仪测量舵的法向振动和扭转特性,利用光纤光栅测量翼的振动响应特性,通过控制来流速度、支撑刚度、扭转刚度以及初始攻角等参数,获得了不同参数组合条件下,水下航行体舵翼系统实验模型的振动响应特性。通过原始信号及经快速傅里叶变换所获信号频谱,分析了舵模型和翼模型振动响应的时域和频域特性。     

亚临界雷诺数下电磁力控制圆柱体绕流场特性的脱体涡模拟

该文利用Maxwell方程直接数值计算表面包覆电极与磁极圆柱体产生的电磁力分布,将其加入到动量方程中,采用脱体涡模拟(DES)方法,在亚临界雷诺数(Re=5×104)下,对电磁力作用下圆柱体在弱电解质中的绕流场结构及其升阻力特性进行了数值模拟与分析.结果显示:电磁力可以增大圆柱体近壁面的流体动能,延缓流动分离,减弱绕流场的三维效应;同时电磁力还可以显著减小圆柱体阻力,抑制其阻力与升力脉动幅值,而且随着电磁力作用参数的增加,圆柱体平均阻力及其升力系数均方值均呈指数衰减特征.研究表明,在亚临界雷诺数下,电磁力可以有效地改善圆柱体绕流场结构,达到减小其阻力并抑制其升阻力脉动幅值之目的,因此是圆柱型结构一种有效流动的控制手段.     

低质量比舵系统流致振动特征研究

考虑到舵的展弦比对其振动特性可能造成影响,将经典两自由度系统动力方程进行参数修正。方程中代表惯性效应的项引入附加质量修正系数,而环量项引入环量修正系数,并通过MATLAB编程求解方程得到了不同来流速度时舵系统的时历曲线以及相轨线;随着来流速度的增加,相轨线的形状趋于扁平化,这意味着系统的动能可以转化为更大的势能;此外,利用有限体积法结合半隐式积分法对计算区域进行离散,并选择SIMPLE算法对离散后的控制方程进行求解,从而模拟了流体作用下舵系统的瞬态运动,分析了舵系统发生颤振时的绕流场变化。发现在舵的上表面,前缘和刚心之间的涡不断向后缘扩散,并在刚心和后缘之间形成了明显的涡层,此时舵的上表面形成一个完整的涡层,这与系统做衰减运动时有所不同;并且系统会出现大角度的俯仰运动,此时前缘和刚心之间出现较大的涡量。     

内孤立波与有航速潜体相互作用数值模拟

基于两层流体中内孤立波的KdV-mKdV理论解,采用速度入口和开管道方法进行内孤立波数值造波与消波,建立了同时具有造波、造流和消波功能的数值波流水槽。利用所建立的数值波流水槽,对内孤立波与有航速潜体相互作用问题进行了数值模拟,计算分析了受力特性。数值结果表明,内孤立波造波结果理想,消波效果显著,在内孤立波流场中有航速潜体将会受到突发性冲击载荷的作用。研究表明,利用所述方法来研究内孤立波与有航速潜体的相互作用是一条有效的途径。