回转体并联入水过程空泡及运动特性数值模拟

为研究初始参数对回转体并联入水空泡及运动特性影响,基于有限体积法,采用realizable k-ε湍流模型、VOF(volume of fluid)多相流模型和Schnerr and Sauer空化模型,并引入重叠网格技术,对不同入水速度、不同初始净距和不同横流速度的回转体并联入水过程进行数值模拟。首先,建立了回转体高速并联入水的数值计算模型,验证了计算方法的有效性。然后,基于此模型开展不同初始参数的并联入水数值计算,得到不同参数下的流场及运动特征。最后,结合计算结果分析了不同参数下并联运动体的空泡形态及特征尺寸变化、侧向与偏航运动规律。研究结果表明,随着入水初速度增大,内侧空化现象越剧烈,同一量纲一的时刻空泡的外侧极径和限制长度增大,回转体量纲一的侧向位移和偏航角越大。随着初始净距减小,同一量纲一的时刻空泡的限制长度越小,回转体的量纲一的侧向位移和偏航角先增大后减小。小横流作用下,迎流与背流回转体的外侧空泡径向尺寸与单体基本相同,而长度略大,随着横流速度增大,并联入水状态的空泡尺寸差异同单体相比增大;内侧空泡的径向尺寸差异较大,其中迎流回转体的内侧空泡极径较大,且随着横流速度增大极径的最大值始终维持在d+D/2左右。横流速度较小时,并联入水回转体头部靠近而尾部远离;横流速度较大时,两回转体头部远离而尾部靠近。     

运动参数对回转体倾斜入水流场特性影响

为分析回转体低速倾斜入水过程中入水空泡形态及流体动力特性演化规律,基于Fluent流体计算平台,并利用动网格技术,针对小型回转体以不同入水速度和入水角度的倾斜入水过程开展数值仿真研究.数值仿真结果与试验结果良好一致性,证明了文中数值仿真方法的正确性与有效性.基于该数值仿真方法,针对不同入水速度和不同入水角度回转体低速倾斜入水过程流场特性进行分析.数值计算结果表明:在距离自由液面相同位置处,回转体倾斜入水产生所产生的入水空泡,其直径随着入水速度的增加而小幅增大,随着入水角度的增加而减小;入水速度对流场中压力分布规律有较大影响,在同一入水深度处不同入水速度回转体入水过程中流场的最大压力随着入水速度的增加而增大;入水角度对回转体附近流域的最大压力影响较小,但最小压力随着回转体入水角度的增加而增大;不同入水角度回转体,母线压力峰值位置随着入水角度的增加而逐渐向母线右端点偏移,但其值差别较小;不同入水速度回转体其阻力系数峰值差别不大,不同入水角度阻力系数峰值随着入水角度的增加而增大,但稳定后的阻力系数值随着入水速度的增加而减小.     

超空泡射弹异步并联倾斜入水空泡演化与运动特性分析

基于VOF多相流模型与重叠网格技术建立了超空泡射弹异步并联倾斜入水数值方法,利用单发射弹倾斜入水实验对数值方法的有效性进行了验证,在此基础上,分别对不同初始间距及入水顺序下前后两射弹的空泡演化与运动特性进行了数值模拟与分析。研究结果表明：对于前发射弹,在初始间距为0.5倍弹长时,由于受到后发射弹空泡剧烈挤压,前发射弹无法产生完整空泡包裹弹体,运动受到严重影响并最终失稳;同时,前发射弹自上侧入水与自下侧入水相比,其空泡受到的挤压程度更大,沾湿更早且失稳更快;随着初始间距的增大,前发射弹附近空泡受后发射弹的影响减弱,2种入水顺序下均运动平稳。对于后发射弹,由于前发射弹空泡的持续作用,其空泡始终不对称,运动稳定性受到影响,在间距为0.5倍弹长时向内侧偏转失稳,在间距为1倍弹长时运动平稳,间距为2倍和3倍弹长时向外侧偏转失稳,且2种入水顺序下运动规律基本一致。     

高速射弹并联入水过程空泡演化特性试验

为研究多射弹并联入水时多空泡演化特征,首先设计了可用于双射弹水平高速入水的发射装置,通过试验验证了该系统的可行性;然后基于该系统进行了不同空化器直径、径向间距的双射弹并联入水试验,利用高速摄影技术采集到双射弹在并联入水运动过程;最后对采集到的运动序列图片进行数据分析,得到双射弹在并联入水过程中的双空泡演化规律,揭示了射弹并联入水过程中空泡之间的耦合演化机理. 试验结果表明: 高速射弹并联入水过程中,其空泡演化过程存在穿越、吸引及截断3种典型现象;空化器直径与射弹径向间距均是影响双空泡耦合特性的重要因素.相同射弹径向间距时,随着射弹空化器直径减小,双空泡之间的耦合程度减弱,完全穿越转变成部分穿越现象;相同的空化器直径时,随着双射弹的径间距增大,射弹的脱落空泡之间的吸引现象逐渐减弱,但是脱落空泡的偏移幅值随着径向间距的增大呈现先增大后减小的变化趋势;当双射弹存在前后距离时,先发射弹易出现空泡的截断现象.随着轴向间距增大,截断现象将减弱.根据独立膨胀原理可知,相同条件下射弹前后间距减小时截断现象亦将减弱.     

回转体滑水航行流体动力特性研究

基于STAR-CCM+数值仿真软件,选用SST k-w湍流模型,采用VOF波构建运动体在静水面滑水数值计算模型.通过国外经典文献对构建模型进行校核,数值模拟结果与实验结果吻合性较好,流体动力数值误差均小于5％,在工程误差范围内,模型可用于回转体滑水航行工况的数值模拟计算.对回转体在不同速度、不同淹没深度滑水工况进行数值...     

回转体局部空泡流的数值分析

通过在回转体和空泡表面分布源汇的方法，建立了求解回转体局部空泡流场的数值方法。依据建立的数学模型与数值方法，对两种具有典型头部线型的回转体局部空泡绕流场进行了数值计算。在数值计算过程中发现第一次迭代所得结果和最终的收敛结果相比误差仅为5％，并把计算结果与有关献的实测数据进行了比较，发现计算结果与实测数据十分接近。     

球体入水空泡动态特性

为研究球体低速入水的空泡特性以及空泡的形成对球体运动特性的影响,基于独立膨胀原理对充分发展后的空泡形态建立了理论模型,采用高速相机对不同速度的球体入水过程进行拍摄,观察球体入水从没有空泡到空泡充分发展的过程,分析了空泡的形成对球体后方射流的影响以及空泡对球体的运动特性的影响,研究了空泡的动态特性.结果表明,在球体入水没有形成空泡时,球体后方的射流以水柱的形式向上溅射;在形成稳定的空泡后,在空泡表面闭合前射流向四周溅射,空泡表面闭合后射流主要向上溅射.由于球体入水速度的变化、入水空泡的形成以及入水撞击时冲击力的影响,球体的加速度变化比较复杂,球体的阻力系数受到入水空泡的影响而明显减小.用建立的空泡形态理论模型得到了入水空泡截面积随时间的变化,并与实验结果进行了对比,对比结果显示了较好的一致性,分析表明不同深度处空泡从发展到破灭的时间大致相同,深度较小处的空泡截面积较大.     

回转体高速入水载荷的数值计算研究

弹体入水是一个涉及流固耦合和多相流的复杂问题.文中以Star-CCM+软件为平台,选用忽略尾翼的回转弹体几何模型,采用重叠网格技术进行网格划分,使用VOF模型捕捉气液交界面,Schnerr-Sauer模型描述弹体周围的空化过程.在弹体垂直入水条件下,对其速度变化的影响进行研究,讨论不同速度下弹体入水过程的差异及其载荷变化规律,发现速度是入水载荷的关键影响因素;对弹体倾斜入水进行仿真,考虑不同入水角度的变化,根据仿真数值计算结果对弹身整体的载荷变化规律进行分析,并将弹身分为多个部分,讨论其各部分载荷存在的差异,发现弹体入水载荷随入水角度减小而明显减小.     

试探确定回转体相贯线特殊点的方法

准确求解相贯线特殊点是完成相贯线的重要一步.无论在相贯线部分的教学中或工程上都有重要意义.本文总结了求解相贯线特殊点的几种方法,一则为与求相贯线一般点的方法相区别;二则为探讨既准确又简单的求解特殊点的方法作为引玉之砖.     

Numerical simulation of parallel hole cut blasting with uncharged holes

The cavity formation and propagation process of stress wave from parallel hole cut blasting was simulated with ANSYS/LS-DYNA 3D nonlinear dynamic finite element software. The distribution of element plastic strain, node velocity, node time-acceleration history and the blasting cartridge volume ratio during the process were analyzed. It was found that the detonation of charged holes would cause the interaction of stress wave with the wall of uncharged holes. Initial rock cracking and displacement to neighboring uncharged holes become the main mechanism of cavity formation in early stage.2008 University of Science and Technology Beijing. All rights reserved.     

多泵并联运行时气压水罐容积计算

气压供水在相同的技术条件下，采用多台小水泵并联运行较采用一台大泵运行气压水罐容窖大大减少，对多泵并联运行时的气压水罐容积计算公式予以推求，说明和论证。     

不同头型高速射弹垂直入水数值模拟

为研究不同射弹头型对高速射弹垂直入水的流体动力和流场特性的影响,采用有限体积法和VOF(volume of fluid)多相流模型,并引入动网格技术,对5种不同头型的轴对称高速射弹垂直入水过程进行了数值模拟,分析了头型对空泡形态演化过程、射弹流体动力及弹道特性的影响规律.研究结果表明,头型对射弹入水空泡形态、表面闭合时间以及入水阻力、深度、速度均有较大影响.球头与截球头空泡半径小于其余3种头型,表面闭合时刻依平头、球头、锥头、截锥头的顺序递增.射弹头部均承受较大压力,球头、截球头射弹头部压力分布不均使之承受较大的剪切力.射弹头部流线型越好,入水速度衰减越慢,入水深度增加越快.入水阻力系数峰值按平头、截球头、截锥头、锥头、球头的顺序递减.     

旋流消能工内空腔旋流的数值模拟

为了克服试验研究的局限,揭示旋流消能工内部的流动特性,以公伯峡水平旋流泄洪洞为例,在原、模型试验研究的基础上,采用Realizablek-ε湍流模型对空腔旋流进行数值模拟.模拟结果表明,压强等值线沿径向大致以旋流空腔为中心的同心圆轴对称分布;旋流区和空腔内流速具有明显的分区特性,旋流区动能沿程由切向动能向轴向动能转变,并得到旋流角的印证;旋流空腔沿旋流洞轴向和径向均有变化;湍动能与湍动能耗散率的径向分布体现出水气交界面处水气混掺紊动、离心力引起壁面摩擦力的增加是空腔旋流具有较大消能率的原因.通过数值模拟与原、模型水力特性的对比分析可知,数值模拟能够客观地反映出空腔旋流内部的流场特性,成果可为旋流消能工内空腔旋流的研究应用提供参考.     

旋成体仿生凹环表面减阻试验分析及数值模拟

通过风洞试验及数值模拟分析了置于旋成体后部的凹环表面结构对其底部阻力、摩擦阻力及激波阻力的影响。马赫数为1.79、基于旋成体最大直径的雷诺数为1.5×106的风洞试验表明:凹环表面可显著减小旋成体的底部阻力,但却增大了包含摩擦阻力和激波阻力的粘性前部阻力。利用SSTk-ω湍流模型对试验优选模型进行了数值模拟,结果表明:凹环内部低速旋转气流产生的涡垫效应和推动效应致使旋成体的摩擦阻力减小了22.4%,凹环还能减弱外部气流对旋成体截尾底部死水区的抽吸作用,显著降低了底部阻力。但由于凹环对气流的扰动增加了激波阻力,故包含底部阻力及激波阻力的压差阻力减小并不显著,仅为0.4%。     

平行双隧道盾构法施工地表沉降仿真计算研究

盾构法施工引起的地层移动和地表沉降是盾构隧道设计和施工中非常关注的问题.以杭州地铁1号线某盾构区间的双线平行隧道为背景,采用三维快速拉格朗日法,对不同应力释放率及轴线间距下的隧道施工进行了仿真计算,预测与分析了先建隧道、后建隧道引起的横向地表沉降及总的横向地表沉降.将计算结果用Peck公式进行了拟合,并与实测值进行了对比,均较为吻合.仿真计算结论可供后期施工参考.