预报船体脉动压力的几种数值方法

研究螺旋桨空泡及其诱导的船体脉动压力的预报方法,对于减小其引起的船尾振动和辐射噪声是极其重要的.用螺旋桨非定常空泡的预报结果,在桨叶湿表面、空泡表面和尾涡面上布置强度已经求得的源和偶极子,用面元法计算得到无限流场中空泡螺旋桨诱导的速度势,进而求出船体表面的脉动压力.该方法还考虑了真实船体表面形状和自由液面条件,船体表面通过分布其上的奇点来模拟,通过映像法来考虑自由液面的影响.重点分析了船体表面上不同的奇点分布形式以及相应控制方程的区别,对几种方法的数值计算结果进行了比较,结果证明几种不同的数值方法计算得到的结果相差不大,可以任选一种计算公式进行计算.对一吊舱船的脉动压力进行了预报,并同模型试验结果进行了比较,两者有较好的一致性.     

水下爆炸气泡脉动压力下舰船动态响应分析

将船体梁视为两端自由的Ｔｉｍｏｓｉｈｅｎｋｏ梁,在借用二维切片法和水弹性方法的基础上,计算船体梁在水下爆炸于次脉动压力下的响应特性。同时,还建立了在考虑水面效应和气泡运动时舰船受到二次脉动压力的计算模型。最后,以实船计算为例,进一步分析了二次脉动压力下舰船振荡响应的特性。     

水下爆炸气泡与波浪载荷联合作用下的船体响应

应用国际上通用的有限元程序ABAQUS中的声固耦合算法模拟分析了舰船受爆炸载荷作用的整个过程,包括冲击波载荷作用和气泡脉动引起的脉动载荷作用.通过大量的数值模拟计算,分析和总结了药包在舰船附近以不同位置、不同深度、不同装药量爆炸时气泡脉动载荷对船体总纵强度的影响,得出了一些有规律性的曲线,并校核了典型工况下气泡脉动载荷以及气泡脉动载荷和波浪载荷联合作用下船体的总纵强度.计算结果表明:校核船体在气泡脉动载荷作用下的总纵强度的同时必须计人波浪载荷的影响,该结果对相关理论研究和工程计算具有一定参考价值.     

基于ABAQUS软件的舰船水下爆炸研究

通过数值手段研究水下爆炸气泡脉动载荷作用下的舰船船体总强度.文中应用国际上通用的有限元程序ABAQUS中的声固耦合算法模拟分析了舰船受水下爆炸气泡脉动载荷作用的总体响应;通过大量的数值模拟计算,分析和总结了药包在舰船附近以不同位置、给定深度、不同装药量爆炸时气泡脉动载荷对船体总纵强度的影响,得出了一些有规律性的曲线;并校核了典型工况下气泡脉动载荷以及气泡脉动载荷和波浪载荷联合作用下船体的总纵强度.计算结果表明:校核船体在气泡脉动载荷作用下的总纵强度的同时必须计入波浪载荷的影响,对相关理论研究和工程计算有一定参考价值.     

船舶在波浪中脉动压力预报的三维方法

船体表面的脉动压力预报对于船体结构有限元分析和可靠性分析是十分重要的。预报船舶运动响应、水动压力和剖面载荷的传统做法是采用切片理论，该理论对常规细长船舶的运动响应和剖面波浪载荷能给出较好的预报结果，但对船体表面脉动压力的预报，却因没有充分考虑三维效应而与船模试验结果出入较大。本文通过引入“高频低速”假定，基于三维线性势流理论，用三维源汇分布法在频域内求解非定常流场，进而计算船舶在规则波中运动、波浪载荷和脉动压力响应。对集装箱船FLOKSTRA的计算结果表明：与切片法相比，本方法计算的脉动压力响应与船模试验结果符合较好。     

近场脉动气泡作用下船体梁模型动响应试验研究

水中兵器在舰船附近爆炸时,爆炸气泡对船体结构的整体毁伤作用不能忽视.将炸药置于船体梁模型中部正下方爆炸,通过改变爆距来研究船体模型在近场脉动气泡作用下的动态响应特性.利用高速摄影技术观察模型在气泡作用下的运动过程.结合应变和加速度测量数据,定量分析了模型的总体振动响应.试验发现:近场作用下,气泡脉动压力对结构的冲击作用明显;在大气压和气泡内压力作用下,试验模型受到向下的分布载荷,被叠加一中垂弯矩,爆距越小.此中垂弯矩越大.     

中高速深V型船阻力预报方法及尾板减阻机理

为了提高深V船阻力性能及预报精度,针对中高速深V型船航行姿态变化显著的特点,采用RANS方程计算船体航行时流场压力分布,通过静力平衡迭代求解船体航行时实际升沉及纵倾,进而计算阻力;模型阻力数值计算和试验结果的对比表明该方法阻力预报误差在2％～4％.深V型船尾板减阻原因来源于3个方面:航行纵倾角的减小、船体压差阻力的减小...     

深水S型铺管托管架-船体-管线耦合分析

为了研究S型铺管过程中托管架-船体-管线之间的耦合作用,采用管线与托辊之间的接触机理来模拟这种耦合作用.用广义弹性面接触法模拟托管架上的托辊;铰接方式连接管线上弯段莫里森杆;PID控制理论用来模拟船的动力定位.通过计算得到了铺管作业工况下船体的运动响应和管线对船体运动贡献力.同时通过S型铺管弯曲应力经验公式验证计算结果的正确性.结果表明,低频波浪对铺管作业有较大影响,耦合作用力不容忽视.计算铺设管线的工作海况时建议考虑托管架与管线的相互作用.     

清污收集船船体结构的静力学分析与优化

基于有限元分析平台ANSYS Workbench对清污收集船船体结构进行静力学分析和优化,研究陆地和海面工况下载荷对船体的影响,得到船体的总变形、等效应力云图、等效应变云图和安全系数仿真结果,并对连接桥结构进行优化。研究结果表明:陆地工况下,船体受力变形沿着船体中线对称阶梯分布,最大总变形在连接桥的中间。在海面工况下,横浪对连接桥结构的应力和变形影响较大,最大应力出现在连接桥与片体的连接处。优化完成后,船体结构的质量和最小安全系数均有改善,船体的最大变形值减小22%,提高了结构的可靠性。论文对船体结构的静力学分析和优化,为清污收集船的设计提供了思路和参考。     

船后吊舱推进器的水动力性能研究

为了分析船体形状对吊舱推进器的影响,研究了船后伴流中吊舱推进器的水动力性能.船后伴流用计算流体力学方法进行分析,吊舱推进器的水动力性能用面元法研究,吊舱和螺旋桨的相互影响用迭代方法求解,用蒙瑞诺解析公式计算螺旋桨和吊舱之间的诱导速度,结合船尾伴流的计算结果分析船尾伴流中吊舱推进器的水动力性能,并对船后不同位置吊舱推进器的水动力性能进行了比较.研究认为,船尾伴流会降低吊舱推进器的效率,吊舱推进器距离船体越远,效率越高.     

层流脉动流动对流换热数值分析

为了改进换热器设计方法及提高设备换热效率,通过建立恒定热流密度加热的圆管内层流脉动流动数学模型,对流量脉动条件下的流动与传热特性进行了数值分析.研究结果表明,脉动流动时速度与压降发生同周期的变化,但两者之间存在相位差,随着脉动频率增加,相位差逐步趋近于π/2;脉动速度的径向分布在一定频率范围内出现环状效应,频率越大速度脉动幅值越小,但环状效应越明显;温度脉动幅度随脉动频率、普朗特数增加而减小,随速度脉动幅度增加而增加.     

水下爆炸气泡脉动的数值计算

水下近场爆炸可分为装药的爆轰、冲击波的产生和传播、气泡的形成和脉动.尽管气泡脉动压力峰值较冲击波小,但是近场水下爆炸气泡能量的衰减较冲击波慢,所以其对结构的影响却是不可忽视的.在充分考虑了能量的消耗,加入了虚拟力以及气泡能对整个气泡脉动特征的影响后,改进了水下爆炸引起气泡的脉动规律和水中压力分布规律的基本方程.利用采用龙格-库塔数值方法计算出了气泡的脉动直径、周期、速度和水中压力.所得计算结果与已有的各实验数据吻合良好.因此说明该方法对气泡脉动的描述非常符合真实情况.通过分析得出在近场时冲击波和气泡脉动压力波对于结构的破坏都有重要作用.     

LES和无限元耦合方法预报螺旋桨均匀流噪声

为获取水下螺旋桨噪声数值预报的方法,通过大涡模拟(LES)和声学无限元方法耦合,对均匀流螺旋桨进行频域噪声数值预报。通过敞水性能和桨叶表面压力分布的计算结果和试验值的对比分析,证明计算方案的准确性,进而分析了螺旋桨周围流场的脉动压力,获得特征点处各阶脉动压力幅值信息。在对螺旋桨噪声性能进行分析时,从特征点的声压频谱曲线中可以获取螺旋桨各阶叶频声压级峰值信息,且可得知总声压级大小与一阶叶频(BPF)的声压值相近。同时,由声压云图的比较分析可以看出,螺旋桨均匀流噪声主要由单极子噪声和偶极子噪声组成,单极子噪声占主要部分。该方法能够较为准确的预报均匀来流下螺旋桨的水动力噪声,为实际的工程应用提供了一套可行的预测方案。     

波浪中浮式生产储油船(FPSO)的运动与荷载计算

应用线性化Weibull概率密度函数分析得到设计波参数和根据三维源汇分布方法建立浮体运动与波浪荷载计算方法,完成了一浮式生产储油船（FPSO）在波浪中的运动响应和船体表面水动力压力分布以及总体荷载的概率特性的计算．该计算结果可用于基于耐波性的FPSO船体型线优化,以及作为船体强度有限元分析和系泊系统设计的根据。     

三体船阻力的数值计算研究

采用商业CFD软件FLUENT模拟了三体船周围的粘性流场,并考虑流体粘性及自由表面影响,数值预报了一艘三体船试验船模的阻力.计算中进行了2种不同侧体布置情况下船体周围流场细节的详细模拟,得到了相应情况下的船体总阻力,确定了合理的侧体位置.在此基础上,改变了侧体与主体横向间距进行了3种布置方案的相应计算,并进行比较,选取了最佳的侧体间距.通过计算结果与实验值进行的对比,验证了计算的可靠性,计算达到了船型优化的目的.     

液力透平进口截面对蜗壳内压力脉动的影响

为研究液力透平不同进口截面对蜗壳内压力脉动的影响,选取一单级液力透平为研究对象,利用流场分析软件CFD对该液力透平内流场进行三维非定常数值计算,在蜗壳内沿周向和径向设置监测点,计算各监测点在不同进口截面和最优工况下沿周向和径向的压力脉动,以及各监测点在不同流量和不同进口截面下沿径向的压力脉动,利用快速傅里叶变换对各监测点的压力脉动计算结果进行变换,分析各监测点处压力脉动的时域和频域分布。结果表明:蜗壳进口直径越大,隔舌处的压力脉动幅值越大;蜗壳进口直径越小,叶轮动静相干作用越强,蜗壳内压力脉动幅值越大;流量越大,不同蜗壳进口截面下蜗壳内压力脉动主频幅值之间相差越小;当离心泵用作液力透平时为了使液力透平能够较稳定运行,需适当减小液力透平进口截面面积。     

船舶静水航行水动力模型的简化及其应用

针对现有船舶水动力模型考虑因素多、通用性差的缺点,通过简化船体线形、忽略波浪和风向等复杂因素的影响,对船舶水动力模型进行研究。推导静水面船体的迎流区域范围,计算水流作用在船体微小面元上的动压力,得出整船水流总阻力计算模型。在此基础上,给出船体航行动力学模型,分析船舶在静水面航行中动力、水阻力和运动状态之间的关系。将该水动力模型应用于船舶稳定航行控制,结果表明模型具有较好的实用性。     

外载荷作用下的船体梁极限弯矩

为了合理地预测船体梁极限弯矩,基于通用有限元系统,结合材料非线性和初始缺陷处理方法,考虑货物载荷、静水压力和水动压力等局部载荷和水平弯矩、扭转等外载荷作用,建立了一个计及外载荷效应的船体极限强度非线性有限元分析的框架.采用该文方法对Paik计算模型中受局部载荷作用的加筋板的极限强度进行了分析,计算结果表明,方法准确可靠.最后,计及外载荷作用对某型油船的极限弯矩进行了计算分析,研究表明:外载荷效应是不可忽略的,船体梁极限承载能力不仅与船体结构自身有关,还与外载荷密切相关.因此,建议根据船舶的具体装载工况分别进行船体梁极限承载能力计算.     

波浪中船体与液舱晃荡耦合运动的时域数值计算

为分析液舱流体晃荡对波浪中船体运动性能的影响,针对船体外流场与液舱内流场(液体非线性晃荡)分别采用时域势流理论方法计算,建立了在波浪中船体与液舱流体晃荡耦合的时域运动方程.其中波浪中船体水动力和时延函数采用切片法和脉冲响应函数法计算获得,舱内液体非线性晃荡采用时域边界元法计算.对S175加载方形液舱在迎浪横浪等不同工况下液舱流体晃荡及其与船体运动耦合分别进行了计算模拟与验证研究.研究表明,在不出现液面破碎等强非线性现象时,能够给出较好的液舱流体晃荡波形和压力;耦合运动模拟结果能清晰地反映液舱晃荡对船体运动的影响,并准确给出船体有无加载液舱时共振频率的偏移现象;数值与试验结果吻合良好,并具有较高的计算效率,为设计载液船舶或减摇水舱等的前期设计提供了快速有效的分析方法和技术手段.     

井下低频脉动水力压裂技术参数优化及现场应用

对于地层压力高、岩石破裂压力大的储层,水力压裂施工面临井口泵压大、设备要求高的难题。井下低频脉动水力压裂技术通过在井底产生低频脉动,可以显著降低岩石起裂压力和延伸压力,提高压裂增产效果。通过室内实验以及理论计算,对低频脉动水力压裂技术的脉动频率及脉动压力幅值两个关键参数进行了优化。结果表明:当脉动频率为20 Hz时,岩石的破坏最为严重; 脉动频率越高,振幅衰减越快; 岩石的抗压强度与脉动压力幅值成反比,幅值越大,岩石的抗压强度越低。最后,在陕北地区低渗透油田进行了3口井的低频脉动水力压裂现场试验。试验结果表明,低频脉动水力压裂后的试验井与相邻常规压裂井相比,砂堵问题明显减少,且在降低施工压力方面具有显著效果。