基于多块混合网格的RANS方法预报螺旋桨敞水性能的研究

结合RANS方程和RNG k-ε湍流模型,运用结构化-非结构化多块混合计算网格对螺旋桨敞水性能进行了预报,并将预报所得的敞水性能及尾流场与桨模的试验值进行了比较。结果表明,该文所用方法对不同叶数、不同侧斜度的螺旋桨模型敞水性能的预报具有很高的可信度,该方法对螺旋桨尾流场的预报也能与试验值基本符合,能达到工程应用要求的精度。     

垂荡板对传统Spar平台水动力特性的影响

为研究垂荡板对传统Spar平台水动力特性的影响,以Umaine-Hywind Spar平台为模型,利用有限元软件对垂荡板在Spar平台不同位置处的频域和时域特性进行分析,并在最佳位置处对比分析了不同透空率的垂荡板对Spar平台影响。结果表明:在相同的海况条件下,垂荡板在Spar平台下部安放有利于其工作,使其获得的响应更小,而在下部安放的垂荡板中,透空率为5%的垂荡板性能优于透空率为0的垂荡板。综合几个算例可以得出:垂荡板可以改变并优化Spar平台,然而这需要考虑影响垂荡板的因素(透空率,板间距、数目等),并非垂荡板就一定会降低Spar平台的垂荡响应。     

柔性随边螺旋桨水动力和空泡性能模型实验研究

基于船舶螺旋桨柔性随边的设计思想,在空泡水筒进行了不同水速与斜流角度的柔性随边螺旋桨和金属刚性螺旋桨模型的水动力及空泡性能对比测试。实验结果表明,桨叶随边的柔性变形会使螺旋桨推力和扭矩出现不同程度的下降,且柔性随边位于桨叶不同位置时影响效果不同。位于桨叶梢部的柔性随边对螺旋桨推扭力的卸载作用明显,使螺旋桨效率呈现下降趋势;柔性随边变形带来的卸载作用使得桨叶空泡起始推迟,起到了提高临界航速的效果。位于桨叶根部的柔性随边对螺旋桨推扭力和空泡性能影响不大,但其螺旋桨推进效率比金属刚性螺旋桨的提高了2%-4%。     

非定常空化对螺旋桨性能和流动结构影响的数值研究

该文利用DDES模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型开展了空化对螺旋桨性能及流动结构的影响研究。首先,采用三套系统加密的全结构化网格预测了螺旋桨非定常空化演变过程,并从敞水性能、空化形态和DDES V&V三个角度说明了模拟结果精度较高。随后,该文分析了非定常空化对螺旋桨水动力性能和流动结构的影响。结果表明,片空化发展前期,空化区域内存在导边分离流动、回射流及梢涡等主要流动结构,而片空化发展后期,导边分离流动减弱,梢涡流动明显增强。结合涡量输运方程的结果表明,非定常空化促进了桨叶附近涡量的产生和演变,而涡量的变化又使不同状态的流动结构相互作用加强,最终造成螺旋桨空化流动的不稳定性增强。     

配水方式对冷却塔热力性能的影响研究

为了研究电厂在调峰影响下低负荷运行时合理的配水方式,探寻冷却塔“带水”检修的可能性,采用三维数值模拟方法,计算了某高位收水冷却塔两机六泵全塔配水、一机三泵全塔外围配水和一机三泵半塔配水方式下的塔内外流场特性及热力性能。分析了外围配水和半塔配水可能存在的进塔空气全部从未淋水区域的填料流过而不与淋水填料换热的问题,并统计了配水方式对冷却能力的影响。结果表明,外围配水、半塔配水虽然不存在进塔空气全部从未淋水区域的填料流过的情况,但分区配水热力性能易受到环境风影响,在改善电厂调峰低负荷运行条件下的冷却塔热力性能方面起负面效果。     

开孔垂荡板的水动力特性试验研究

Spar平台的垂荡板一般会有开孔以安装垂直立管等生产构件。为研究开孔对垂荡板水动力特性的影响,该文采用强迫振动试验方法对不同开孔率的垂荡板的附加质量系数和粘性阻尼系数进行了研究,对相同开孔率不同开孔孔径垂荡板的水动力特性进行了比较分析。通过三块开孔垂荡板的多板试验及与单块开孔垂荡板试验结果的比较,得到了开孔垂荡板水动力系数随板间距的变化情况。研究成果对实际工程中垂荡板的优化设计以及相关数值计算具有一定的指导意义。     

环翼式桥墩挡板形状对垂向水力特性的影响

根据桥墩局部冲刷机理,通过桥墩加装环翼式挡板减小局部冲刷的试验研究,分析了加装环翼式挡板后,水流在桥墩四周的垂向水力特性。试验结果表明:桥墩迎流面中心线的垂向速度在安放挡板位置处有拐点。3种形状的挡板中,形状为A1的挡板的近底垂向流速减小幅度最大,影响水流紊动宽度也最大,同时表层垂向紊动强度、近底垂向紊动强度减小幅度也最大。利用CFD软件进行数值模拟分析发现,与物理模型所得结果相吻合。     

三峡库区支流中水体的垂向掺混对于藻类生长的影响

三峡水库蓄水之后库区支流水华问题给当地生态环境造成了较大影响,也引起了广泛的关注和重视,然而针对这一问题尚未取得很好的解释和解决方案。本文采用EFDC模型对于2008年坝前库区干支流的三维水动力和水质进行了数值模拟,并从水体垂向掺混的角度分析支流的水华现象。模拟结果成功再现了香溪河库湾中的温度分层和异重流现象,流场、温度场的计算值和实测值吻合较好。统计结果表明:长江干支流水动力特性的差异显著,干支流垂向紊动黏性系数、垂向紊动扩散系数沿垂线分布呈现出不同的形态,且长江干流的垂向掺混强度明显高于香溪河。同时,叶绿素浓度与垂向紊动扩散系数呈显著的负相关关系,随着水体垂向紊动扩散系数的增加,叶绿素浓度逐渐降低,这一规律的发现可为采用物理方法防治三峡库区支流水华打下基础。     

带自由液面的艇/桨干扰特性数值模拟与验证研究

带自由液面的艇/桨干扰特性研究是水动力学领域的重点与难点.此文采用数值模拟方法研究了潜艇近水面航行时的艇/桨干扰特性.首先介绍了计算方法:流场采用RANS方法结合RNGk -ε湍流模型求解;自由液面捕捉采用VOF方法;螺旋桨运转采用滑移网格方法;带螺旋桨潜艇表面与计算域内全部采用结构化网格进行离散.然后,对于SUBOFF潜艇模型在不同浸深下的阻力特性进行了数值模拟,分析了自由液面对于模型阻力的定量影响.最后,对于带螺旋桨的SUBOFF潜艇模型在深潜与近水面状态下的艇后推力、扭矩进行了数值模拟,分析了自航因子,研究了艇/桨干扰特性.计算结果与试验结果进行了详细的对比分析,验证了计算方法与计算结果的可靠性.本文的工作可为将来构建数值拖曳水池提供技术支撑.     

寒冷地区供水工程引水明渠结冰问题数值模拟

以宁夏吴忠金积供水工程为例,对在冬季寒冷地区利用引水明渠从河流或水库引水时遇到的结冰问题进行研究。利用一维非恒定水力热力耦合数学模型对3种典型工况下引水明渠水温分布进行数值模拟,得出不同水深、不同风速时的初始结冰位置。利用冰盖厚度发展数学模型对10 a来冰盖发展情况进行数值模拟,并与经验公式计算结果进行对比,得到了较为一致的结果。根据数值模拟结果,得出寒冷地区引水明渠冬季供水时渠水温度的分布规律,总结出影响水温分布及初始结冰位置的因素。     

摆线推进器任意方向角的水动力计算方法研究

本文提供了一个能够在任意方向角状态下计算摆线推进器水动力性能的方法。该方法是以朱典明和谷口中所用方法为基础,用“弯曲流管”代替“单向流管”,将摆线推进器抽象为斜向作用盘,在斜向作用盘的作用下,产生斜向诱导速度,使水流方向发生改变。通过这样一个模型建立水动力方程,并在相互垂直的两个方向应用动量定理,得到诱导速度计算公式,然后,通过数值迭代求解,计算出摆线推进器在任意方向角状态下的水动力特性。应用本文方法对NSRDC摆线推进器在进速系数J>0,方向角β=-90°~+90°范围内进行了计算,其计算结果与实验结果吻合比较好。     

明渠自掺气水流发展区掺气浓度分布试验

本文对不同坡度、水深和流速的明渠掺气水流的掺气浓度进行了测量.通过对试验数据分析,发现掺气发展区断面掺气浓度分布曲线与均匀掺气区的差异在于前者下支浓度梯度很小.本文拟合了该无因次水深与佛汝德数的经验计算式,与试验数据吻合良好.     

计及自由面兴波和螺旋桨非定常旋转效应的集装箱船舶绕流场计算研究

该文以商用软件FLUENT为平台,以KCS算例为对象,进行了计及自由面和螺旋桨非定常旋转效应的计算。考察了时间步长、自由面是否固化、湍流模式和网格数量、计算策略对计算结果的影响,确定了工程适用的计算方法,并应用于9000TEU集装箱船舶,与试验结果比较,吻合良好。     

明渠弯道水流运动规律研究现状

自然界中河流经常是弯曲的,使得弯道环流研究成为水力学及河流动力学最重要的课题之一。明渠弯道水流运动规律的研究主要包括弯道水面横比降、横向环流垂线分布和环流流速沿程分布等方面。本文对这三方面的研究成果进行了归纳与分析,并对弯道水流运动规律的研究现状进行了评述。通过罗索夫斯基的实验资料对弯道环流流速分布公式和环流流速沿程分布公式进行了检验比较,向工程界推荐出相应的计算公式。     

NUMERICAL RESEARCHES ON INTERACTION BETWEEN PROPE- LLERS IN UNIFORM FLOW

Numerical simulations of the flow around two bidirectional staggered propellers are conducted in uniform flow. The computed open water performance of the fore-propeller is compared with the corresponding experimental results, and the influence of the fore-propeller on the aft one is carefully investigated. It is found that the inflow around the aft propeller close to the side of the fore is especially affected by the fore one, leading to abnormal circumferential distribution of force on the blade in the shade region. For either forces or velocity distributions, the abnormal changes behave contrarily for cases with the rotating speed larger or smaller than the idle. Moreover, the more the rotating speed of the fore differs from the idle, the larger the abnormal values become.     

拖式吊舱螺旋桨定常性能理论计算

本文提出拖式吊舱螺旋桨(螺旋桨位于吊舱首部)定常水动力性能的势流理论计算方法。螺旋桨采用升力面理论涡格法、吊舱采用面元法分析计算，二者的相互干扰通过叠代计算来处理。考虑吊舱的影响，修改了尾涡模型。应用本方法，计算了拖式吊舱螺旋桨的定常性能，并与空泡水筒试验结果进行了比较，计算与试验吻合良好。