集装箱船上层建筑气动干扰特性与风阻优化

为优化具有多个尺寸巨大的上层建筑物集装箱船的风阻,本文以某20000TEU超大型集装箱船上层建筑为研究对象,开展风载荷和PIV流场测量风洞模型试验。根据得到的风阻与流场干扰特性,采用数值模拟对主体建筑纵向间距和局部构型进行优化布置,并通过风洞试验对优化结果进行验证。研究结果表明：主体建筑纵向间距是影响集装箱船风阻和甲板上方绕流场气动干扰的主要因素,合理调整上层建筑物纵向间距同时对建筑物棱角边缘倒圆角处理可以得到风阻性能更优的布置方案,经风洞试验验证,优化方案较初始方案风阻降低47.19%,具有较大优化空间,可为超大型集装箱船总布置设计提供参考。     

尺寸和形状效应对多孔结构风阻系数的影响

为研究孔径、孔间距、孔隙形状和透风率等因素对风障这类多孔结构应用性能的影响,进行了多个参数的多孔板测力风洞试验,对比了各个参数对多孔板风阻系数的影响效应,通过数值模拟对不同参数下多孔板的流场特性及压力降变化规律进行分析,讨论了相同透风率下,孔径大小和孔间距对边界层厚度、有效透风率的影响,并与风洞试验结果进行对比。结果表明：孔隙形状对多孔板风阻系数影响较小,而长宽比、孔径和孔间距对多孔板风阻系数影响较大,可作为影响多孔结构风阻系数的关键性参数。     

消能孔板空化特性的数值模拟

采用大涡模拟方法对消能孔板流场及空化现象进行了数值模拟,研究分析了消能孔板空化特性,计算所得的压力分布及空化特性与减压模型实验结果进行了比较,二者符合良好,计算结果表明,采用大涡模拟方法模拟空化是可行的,由于数值模拟不仅可以给出详细的流场物征,而且不受比尺效应影响,故可成为研究空化问题有力手段。     

尾部空气动力附加装置对客车气动阻力的影响

为研究车身尾部结构特征对整车风阻有重要影响,降低某客车的气动阻力,设计了3种空气动力附加装置,并分别进行外流场数值模拟和流场特征分析.研究结果表明:在同等分析条件下,安装在客车尾部的3种空气动力附加装置均有减阻效果,其中减阻效果最好的方案使气动阻力系数下降了4.8%,气动阻力降低了174 N,有效地提高了客车的燃油经济性与动力性.     

水下航行体垂直出筒流体动力特性研究

采用数值仿真的方法研究了水下航行体垂直发射出筒过程多相流场和流体动力特性演化规律．结 合动网格技术,采用多相流Mixture模型、Singhal空化模型及标准的A—s湍流模型,对混合流场的RANS方 程进行求解,进而求解了水下航行体运动的固体边界与运动流场相互作用形成了流一固耦合问题,使用此方 法,实现了在重力影响下水下航行体垂直发射出筒过程和流体动力特性进行数值模拟研究,分析了高压气团 对航行体出筒过程中的水弹道及其流体动力特性的影响,分析了航行体压差系数、粘性系数和总力系数波动 的原因     

尾板对重型载货汽车尾部流场的影响

为了降低风的阻力,对某牵引式重型载货汽车加装了4种不同形式和尺寸的尾板。并采用数值仿真的方法分析了尾板对流场的影响,探索了风阻产生机理和降低原因。仿真工况模拟正常车辆行驶速度25m/s,未考虑侧风影响。计算结果表明:安装4种尾板后风阻系数均有降低,降幅最大为2.8%,获得了较满意的降阻效果。对比分析了4种方案的整车气动阻力系数、流速分布及总压为零等值面的计算结果。研究发现:尾板对车身周围气流的影响集中在货箱尾部,改变了尾流中原有的环形漩涡结构,从而降低了风阻。     

送风口对驾驶室内流场气动特性的影响

为了研究送风口对驾驶室内流场气动特性的影响,以某国产载货汽车驾驶室的简化模型为研究对象,采用数值模拟方法,改变仪表板上4个送风口形状和面积后,计算驾驶室内流场。模拟结果表明,送风口的形状和面积对驾驶室的内流场有很大影响。     

大型载货汽车驾驶室与货厢间隙对气动力特性的影响

以简化的大型载货汽车模型GTS为研究对象,采用RNGk-ε湍流模型和混合网格技术,分别模拟了气流流过驾驶室与货厢之间不同长度的间隙时产生的流场形态。通过分析不同间隙区域的流场形态分布和空气阻力系数的变化规律发现,间隙长度G≤55%时,对整车的气动力特性的影响较小;当G>55%时,气动力特性的变化对整车的影响逐步增大。同时研究发现,在GTS模型的驾驶室顶部加装导流罩可改善整车的气动力特性。     

可调离心式喷嘴喷雾流场的数值模拟研究

建立了可调离心式喷嘴三维CFD(计算流体动力学)模型。应用FLUENT软件对该喷嘴的喷雾流场进行了模拟分析。连续相采用三维可压缩稳态雷诺时均N-S方程,湍流模型采用标准的k-ε模型,通过SIM PLE算法求解压力速度耦合,离散相采用拉格朗日方法追踪颗粒运动轨迹。模拟结果给出了喷嘴喷雾流场随着时间的变化规律、喷嘴压差对喷嘴的雾化性能以及液滴分布特性的影响,得出了不同流量下索太尔平均直径(SMD)和液滴分布指数随着喷嘴压差的变化规律,模拟得到的索太尔平均直径与实验值吻合良好。     

水平轴风力机的叶片设计与基于CFD的流场分析

选用NACA44系列翼型,基于经典的Glauert旋涡理论进行风轮模型设计。在FLUENT软件中采用不可压N-S方程和k-ωSST两方程湍流模型对该风力机进行三维旋转流场的数值模拟,得到流场的流动细节与流动特性,从而对风力机流场进行分析。探索性地研究了三维旋转流场物性参数的分布特征以及叶片周围流场的分布规律。     

基于底部隔板的厢式货车的气动减阻

针对某国产厢式货车的简化模型,应用计算流体力学原理与方法,采用四面体、三棱柱、六面体及金字塔型等单元的混合网格和Realizable k-ε湍流模型,对其无隔板、加装4种形式及9种尺寸的底部隔板的外流场进行数值模拟,得到不同情况下该车的气动阻力系数、表面压力分布、流线以及速度矢量分布等气动特性。对比分析加装隔板前后及各方案的流动特性与气动阻力系数,结果表明,加装底部隔板可以改善轻型厢式货车的气动特性,降低气动阻力。     

活塞裙部中凸变椭圆型面虚拟设计

论述了活塞裙部中凸变椭圆型面的特点及设计规律,建立了活塞裙部廓形数学模型。对活塞裙部中凸型线进行采用插值处理,基于MATLAB创建活塞中凸型面;基于Pro／E采用曲线方程控制活塞裙部横断面形状,完成活塞裙面精确造型。实例表明：两种设计方法通用性和拟合精度均较好,具有较好的工程应用价值。     

Formation mechanism of aerodynamic drag of high-speed train and some reduction measures

Aerodynamic drag is proportional to the square of speed. With the increase of the speed of train, aerodynamic drag plays an important role for high-speed train. Thus, the reduction of aerodynamic drag and energy consumption of high-speed train is one of the essential issues for the development of the desirable train system. Aerodynamic drag on the traveling train is divided into pressure drag and friction one. Pressure drag of train is the force caused by the pressure distribution on the train along the reverse running direction. Friction drag of train is the sum of shear stress, which is the reverse direction of train running direction. In order to reduce the aerodynamic drag, adopting streamline shape of train is the most effective measure. The velocity of the train is related to its length and shape. The outer wind shields can reduce train’s air drag by about 15%. At the same time, the train with bottom cover can reduce the air drag by about 50%, compared with the train without bottom plate or skirt structure. Foundation item: Project(2001AA505000) supported by the National High-Tech Research and Development of China     

基于LOOP细分曲面算法的三维裙装模型

以虚拟现实技术作为展示平台,结合程序设计语言VC++,根据服装与人体关系及织物物理性能得到特征点,建立了三维裙装的基础模型.通过LOOP算法经过三次曲面细分,获得了具有真实感的裙装模型.最后通过虚拟现实技术,实现了实时交互展示.     

竖向荷载作用下砂土中裙式吸力基础承载特性

针对一种新型吸力基础形式—裙式吸力基础,采用有限元数值方法和模型试验等手段,以传统吸力基础为参照,对比研究了裙式吸力基础在砂土中的竖向承载特性,得到的基础荷载-沉降关系曲线,分析了基础周围土体变形规律。研究表明：裙式吸力基础竖向承载力较传统吸力基础显著提高,吸力基础各部分承受的竖向荷载比例不同,基础顶板、主桶内外壁分担了约90%的竖向荷载,其余则由尖端部分和裙内外壁承担;随着桶体高径比增加,桶体内外壁所承受的摩阻力逐渐增加,而尖端阻力和裙内外壁侧阻力所占比例始终小于10%;基础周围的土体隆起量随裙高的增加呈现减小趋势,但随裙宽的增加而不断增大。裙宽对竖向承载力的贡献要比裙高大得多,但裙高能有效限制土体隆起。     

基于接触的水下夹桩器压块齿非线性有限元分析

水下夹桩器是一种广泛应用于海洋石油平台建设的液压夹具。基于扩展的拉格朗日算法,使用ANSYS软件对钢桩和夹桩器压块齿的接触问题进行了数值模拟受力分析,获得压块齿实际工况下的接触压力及其挤压变形等结果。并将该结果与理论计算结果进行了比较,计算结果满足工程要求。分析结果显示,将有限元接触分析技术应用于水下夹桩器压块齿的设计是一种有效的方法,为水下夹桩器压块齿结构进一步改进,提供了理论依据。     

汽油机活塞二阶运动分析及优化设计

为了降低活塞二阶运动并寻求优化措施,综合考虑裙部润滑摩擦状况、活塞体径向刚度、活塞体及缸套热态型面影响,建立某汽油机活塞组件动力学模型,采用数值仿真方法进行分析研究.从换向平稳性、运动平稳性、活塞敲击能和摩擦损耗4个方面对活塞二阶运动计算结果进行评价.分析在多种工况下（1 200、4 200、6 000 r/min）活塞裙部型线、配缸间隙和活塞销偏置对活塞二阶运动的影响,以敲击能和摩擦损耗为主要评价标准,提出相应的优化思路.结果表明：优化后的裙部型线使活塞的径向位移和角位移有一定幅度减小,径向位移最大值在3种工况下分别降低了22.2%、19.8%、21.2%,角位移最大值降低了12.9%、13.3%、23.6%;活塞对缸套的动态敲击力在优化后也有明显降低,为活塞整体优化提供可靠依据.     

阶背式MIRA模型气动阻力数值模拟网格无关性研究

对汽车气动阻力数值模拟结果影响较大的网格划分形式和方法进行了对比研究.利用现有充分的计算资源,建立阶背式MIRA模型,通过划分常见的四面体网格和混合网格,分别对两种网格形式在整车周围和车身尾部对网格进行加密,并保证足够多的网格数量,得到了数值稳定的网格无关性的阻力系数结果,总结出了阻力系数随网格加密的变化趋势,并与现有风洞试验值进行对比分析.结果表明：网格一旦加密后阻力系数即有显著下降,随着网格数的不断增加,阻力系数均呈现出明显的下降趋势,且下降幅度逐渐减小,最后都能在3000万网格左右得到网格无关性的结果.最终四种方案的阻力系数值均小于风洞试验值,且与之存在一定的误差.     

基坑底部土体裙边加固模型试验与数值模拟研究

为研究基坑底部土体裙边加固对基坑变形和内力的影响,分别对未进行坑底加固和采用坑底裙边加固2种工况进行模型试验。在填土过程中预先浇筑加固土体,实现坑底土体加固。在基坑开挖过程中对地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力进行监测。用有限元软件Abaqus对模型试验进行拓展,将基坑变形的计算结果进行极差分析。研究表明,对坑底土体采用裙边加固,可以有效地减小支护结构的侧向位移;坑顶地表沉降虽有减小,但效果不明显;桩身弯矩略小于未进行坑底加固的工况;土体开挖,桩随着坑底下某一点发生转动,造成桩上半部分土压力减小,桩底处土压力增大;裙边加固尺寸中深度相较于宽度对基坑的变形影响更大;土体加固深度与宽度超过一定范围,控制基坑变形的效果有所提高但不明显,加固深度宜取0.3~0.4倍的开挖深度,宽度宜取0.35~0.45倍的开挖深度。     

展开变化原理在裙装褶饰结构设计中的应用

主要研究褶饰种类及褶饰展开变化原理。按照款式造型确定褶饰的种类,褶的种类大体上分为自然褶、规律裥。褶饰展开变化原理包括展开变化结构的处理形式、变化形式的选择、设计要点等内容。展开变化结构处理的形式分为平行展开、扇形展开、混合展开;根据自然褶、规律裥的形态确定展开变化结构处理形式;展开变化结构的设计要点是根据褶的走向确定展开线的方向,根据褶的位置确定展开线的位置,按类比的方法确定展开线的位置,按仿形的方法绘出展开线的形态。在褶饰裙装结构设计中,当遇到自然褶、规律裥等工艺形式,首先设计好裙片结构,以其为原型,再依据款式确定展开线位置,根据其款式具体情况剪开展开线,展开量的大小按款式设计。