数值分析倒角半径对半潜式平台绕流特性影响

半潜式平台的多柱绕流问题是研究半潜式平台涡激运动的基础,而半潜式平台多柱之间旋涡脱落的相互干扰使得立柱倒角半径的改变对于半潜式平台绕流的影响更为显著,故研究立柱倒角半径对半潜式平台绕流特性的影响对于半潜式平台的设计建造具有重要的指导意义。该文基于OpenFOAM开源代码工具箱,采用基于剪切应力运输(shear stress transport,SST)的延迟分离涡模拟(delayed detached-eddy simulation,DDES)方法,选取四种典型来流速度,对四种立柱倒角半径的半潜式平台在0°流向角时的阵列四柱绕流进行了数值模拟。并从半潜式平台立柱流体力系数、近尾流场流向速度分布及立柱尾部旋涡脱落特征等方面探究了立柱倒角半径变化对半潜式平台绕流特性的影响。     

高航速下KCS模型艏波破碎与艏部涡量数值研究

基于RANS方法,研究了高航速下KCS模型在静水工况中的艏波破碎。采用自主开发的水动力求解器naoe-FOAM-SJTU,数值模拟了5个航速下(Fr=0.26,0.35,0.375,0.40,0.425)KCS的兴波流场。将Fr=0.26时工况的流场模拟结果与以往实验结果进行了对比,验证了数值方法和网格设置的可行性。为了研究艏部破波的结构和机理机制,分析对比了中高速工况(Fr=0.35)和高速工况(Fr=0.40)下的艏部兴波结构、涡量场以及速度场等。结果表明当前数值方法可以精确捕捉艏波的翻卷以及对应的凹陷。此外,对Fr=0.35工况下船艏处的横向切面和纵向切面云图进行了详细探讨,分析了艏波破碎过程中涡量场、速度场的变化。     

基于致动线模型的风力机尾流场数值模拟

本文基于致动线模型求解三维Navier-Stokes方程的方法,对NTNU的"BlindTest1"风力机尾流场进行了数值模拟。该方法避免了求解实际叶片的表面边界层,无需使用动网格,从而大大降低了网格量和计算时间,非常适用于尾流场的模拟。该文所有计算均基于OpenFOAM自定义的求解器ALMpisoFoam。推力和功率的计算值与实验值吻合得很好,验证了求解器的正确性。3个典型叶尖速比下的轴向诱导因子、湍动能和尾涡结构等也在文中进行了简要分析。     

淬火终冷温度对直接淬火配分超高强钢组织性能的影响

采用场发射扫描电镜、X射线衍射仪等设备研究了淬火终冷温度对直接淬火配分超高强钢组织与力学性能的影响规律。结果表明,随淬火终冷温度升高,抗拉强度先下降后升高,屈服强度则不断降低,冲击吸收能量和伸长率先增加后降低。直接淬火配分钢的组织由初生马氏体、新生马氏体和残留奥氏体构成。随淬火终冷温度升高,残留奥氏体含量先增加后降低,淬火冷却到260 ℃时残留奥氏体含量最高,为16%,试验钢具有最好的综合力学性能,抗拉强度超过1533 MPa,伸长率为16%,－20 ℃冲击吸收能量为26 J。淬火冷却到300 ℃,组织中出现了尺寸较大的块状新生马氏体,导致塑性和韧性降低。     

粘性流场中固体颗粒启动和沉降过程的直接数值模拟

利用多重网格虚拟边界有限元法（multigrid fictitious boundary method，MFBM），对粘性流场中固体颗粒的启动和沉降过程进行直接数值模拟。在计算过程中，计算网格是固定的多重结构有限元网格，固体颗粒可自由通过网格而无需重新生成网格。流体运动由Navier-Stokes方程控制，固体颗粒运动由Newton-Euler方程控制，用MFBM处理流体与固体颗粒的相互作用。通过对单个固体颗粒和多个固体颗粒启动和沉降过程的数值模拟，表明MFBM提供了一个数值模拟颗粒启动和沉降问题非常有效的途径。     

钢铁表面化学镀的研究进展

采用化学镀方法改善钢铁表面耐蚀性、耐磨性和硬度。综述了钢铁表面化学镀的前处理技术、化学镀工艺和镀层种类,对化学镀层性能进行了比较。重点阐述了国内外化学镀技术的研究进展,总结了钢铁表面化学镀存在的问题和今后的发展趋势。     

颗粒与高频感应热等离子体流相互作用的数值研究

通过颗粒对等离子体反影响的研究，可以有效控制颗粒在等离子体中的运动轨迹及其在高温区的停留时间，达到对颗粒有效加工的目的。本文通过对高频感应热等离子体流温度场与速度场和颗粒运动轨迹与加热过程进行选代计算，给出了颗粒加热与加速对高频感应热等离子体流反影响的一些数值模拟结果     

数值模拟波浪翻越直立方柱

本文应用ＶＯＦ方法研究了孤立波翻越直立方柱流动的全过程。用人工压缩法和差分法求解二维Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，用施主－受主法求解流体体积函数控制方程。通过数值计算得到了孤立波翻越直立方柱的流场和压力值，并成功地模拟出波浪涌顶，水柱喷射，冲击和界面破碎的过程。     

SPH方法和MPS方法模拟溃坝问题的比较分析

SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics)方法和MPS (Moving Particle Semi-Implicit)方法是两种常用的无网格粒子法,在处理自由面大变形问题方面有较大的灵活性,然而这两种方法在数值格式、计算效率和收敛性等方面有许多不同之处.本文以二维溃坝问题为例对SPH方法和MPS方法进行了比较分析,结果表明:SPH方法易于给出更为清晰、光滑的自由面形状,而MPS方法给出的粒子分布较为凌乱;在收敛性上,随着初始粒子间距的减小,SPH和MPS均趋于收敛,但MPS方法收敛得更快些;对于时间步长,在满足CFL条件且计算稳定的情况下,对结果影响不是很大;在计算效率上,SPH方法具有较高的效率,适合求解大型复杂流动问题,而MPS方法计算量较大.通过对SPH方法和MPS方法的比较分析,为具体问题计算选用不同的无网格粒子方法提供了选择依据.     

基于CFD方法对波浪中FLNG分段液舱晃荡耦合运动的研究

作为液化天然气运输船,FLNG船在世界范围内引起广泛关注。在FLNG载液运输的过程中,船体会受复杂海洋环境影响产生摇晃,船体运动会带动液舱内液体产生晃荡,同时这种晃荡现象反过来也会与船体运动产生耦合作用。由于船舶运动与液舱内液体晃荡耦合作用的重要性,该问题十分具有研究价值。该文主要应用CFD方法,同时对液舱内部与外部流场进行模拟。对规则波中带双液舱FLNG分段的液舱晃荡耦合运动问题进行研究。该文应用的求解器是课题组基于Open FOAM自行开发的海洋工程水动力学求解器naoe-FOAM-SJTU。首先对空舱FLNG分段在不同频率规则波中的横摇运动进行模拟,并与文献结果进行对比,验证了求解器的准确性。接着针对液舱充液率24.3%的情况,对分段在不同波浪频率下的运动情况进行计算研究。在比对参考文献后,发现该文求解器的模拟结果比文献中的势流计算结果更加贴近文献中给出的物理实验结果。随后,研究在波浪频率相同时,五种不同充液率情况对FLNG分段液舱晃荡耦合运动的影响,并分析FLNG分段内外壁所受力矩相位差对耦合运动幅值造成的影响。最后将上述工况的波高增大一倍,再次研究在不同充液率下FLNG分段耦合运动受不同波陡的波浪的影响情况及规律。研究结果表明,naoe-FOAM-SJTU求解器可以有效模拟波浪环境下液舱晃荡-船体运动耦合问题,并可以对整个流场进行可视化展示与分析,从多角度分析这一复杂现象的机理。