对转桨水动力性能的数值模拟

为了研究对转桨的工作机理,采用CFD方法探讨了前桨和后桨之间的水动力干扰问题。计算过程中,利用komega SST模型分析了对转桨诱导的湍流流动。为了保证计算结果的精度和减少计算时间,计算域用全结构化网格进行划分。整体计算域被划分为大域、包含前桨的小域和包含后桨的小域3块。小域中用多重参考系坐标系方法模拟螺旋桨的旋转,采取交界面技术实现小域和大域之间的速度、湍流动能和耗散动能等数据传递。利用试验数据对数值计算结果进行了校核,在此基础上,分析了对转桨推力和转矩的脉动特性,并研究了前桨和后桨之间的水动力干扰问题,探讨了对转桨的节能机理。结果表明,旋向相反的前桨和后桨能够抑制流体的周向旋转速度,减小能量损失并达到节能效果。     

导管桨周围流场的数值模拟

采用基于RANS方程的雷诺应力模型(EARSM)对导管桨的敞水性能及周围流场进行了数值计算,计算网格采用全结构化网格,网格的划分考虑了导管与桨叶间隙的边界层的影响。在设计进速下,桨叶敞水性能的误差小于2%。对导管桨的周围流场进行了模拟,尤其对导管桨尾部涡系进行了系统研究,计算结果与试验结果吻合较好,说明本文提出的方法可以准确计算导管桨的螺距角,为导管桨的设计及水动力性能预报提供参考。     

毂帽鳍参数变化对新型低噪声耦合桨增效影响的数值分析

毂帽鳍设计参数选取的不同会影响螺旋桨尾流的回收利用程度,从而影响毂帽鳍的节能、消涡效果.针对低噪声多叶耦合螺旋桨这种新构型,本文采用CFD数值方法,分析了鳍叶叶数、周向安装角度和鳍叶直径比对毂帽鳍流场和节能效果的影响,研究结果表明:耦合桨虽然由前后2组桨叶错开布置,但在毂帽鳍叶数选取时,仍需以2组桨叶叶数之和作为参考;...     

45°涡轮桨搅拌槽内搅拌特性数值模拟研究

采用多重参考系法(MRF)及标准k-ε模型对工业中广泛应用的45°折叶涡轮桨搅拌槽内的搅拌特性进行模拟,考察不同监测点对混合效果的响应情况,发现不同监测点的响应出现明显的差别.对搅拌桨距槽底距离变化时,槽内搅拌流型以及速度矢量的分布和功率消耗情况进行模拟研究,结果表明当C/T为0.278时,槽内流型发生转变;当流型转变时,搅拌桨消耗功率达到最低.     

悬停状态旋翼桨尖涡IDDES方法数值模拟研究

开发了一套适用于悬停状态旋翼桨尖涡高精度数值模拟研究的计算分析程序。采用五阶Roe-WENO格式来降低旋翼尾迹区域内的数值耗散。采用结构网格动态面搭接技术实现旋翼的旋转运动,同时该技术还解决了对流动关注区域进行网格加密引起远场网格数量剧增的问题。针对RANS方法对复杂湍流流动模拟能力不足的问题,对RANS/LES混合方法进行了研究,开发了基于IDDES方法的计算程序。首先以串列双圆柱绕流问题为算例,验证了所采用的IDDES方法和面搭接技术的可靠性。然后分别采用RANS方法和IDDES方法针对旋翼悬停状态流场进行了数值模拟对比分析,从旋翼桨尖涡的涡强度、涡核位置、涡核直径以及桨尖涡涡核附近气流速度型分布等方面对旋翼桨尖涡结构的细节特征进行了比较系统的分析。计算结果表明,在相同的网格分布下,IDDES方法计算得到的结果较RANS方法更为接近实验结果,同时IDDES的计算结果还捕捉到了与实际情况相符的细小蠕虫涡结构与桨尖涡的“涡对”等细节现象,有利于深入研究旋翼绕流机理及相关问题。     

多功能战斗部毁伤元动态形成特性数值模拟与试验研究

某型单兵火箭弹采用爆炸成型弹丸（EFP）和预制破片复合多功能战斗部,为了研究EFP和破片毁伤元动态飞散特性,笔者使用非线性动力学分析软件AUTODYN对战斗部动爆过程进行仿真计算,结合弹道空炸动爆试验,使用高速摄影对EFP和破片动态飞散特性进行记录分析,结果表明AUTODYN仿真计算结果与试验结果吻合度较好,可为后续设计提供参考。     

直升机升力桨的综合涡流理论

本文系作者一篇较长论文的理论部份,由于篇幅关系,这里还只是简略地介绍最后所得的结果,即:直升机在各种飞行状态下其升力桨在空间任一点所激起的诱速之普遍公式。     

拼装式锚索(杆)框架新结构数值模拟研究

随着我国基础建设规模的不断加大,铁路、高速公路建设不断向向山区延伸,引发了越来越多的边坡问题,尤其是受到地震、暴雨等灾后病害边坡的抢险加固工程引起了人们的高度重视.为了分析和解决这类边坡病害问题,提出了一种快速、实用的新结构,即拼装式锚索(杆)框架新结构,并对此结构的两种不同方案进行了对比研究,结果证明方案二优于方案一.     

条基宽度对条基—疏桩承载性能影响的数值模拟

条基-疏桩是一种新兴的基础形式，其推广应用也取得了一定的经济效益和社会效益。工程设计中需要确定合理的条基宽度，本文通过ANSYS数值模拟的方法，计算了薄软土地层条件下条基宽度在0.5-3.0m范围内变化对条基一疏桩承载性能的影响，为条基宽度的设计优化提供了参考。     

导管桨水动力特性的数值研究

为了研究导管桨的推力、转矩和效率等关键水动力参数与进速系数之间的关系,本文采用计算流体力学技术(computational fluid dynamics,CFD)分析导管对螺旋桨水动力特性的影响。在建立导管桨的计算模型时,采用了全结构化网格技术,螺旋桨和导管之间的相对运动通过运动参考系(moving reference frame,MRF)方法实现。本文以JD7704+Ka4-55导管桨为例,分析其定常水动力性能,用试验结果对数值计算结果进行了初步验证,进而研究了不同导管长度和叶稍间距时导管桨的水动力特性,并探讨了斜流对导管桨推力、转矩和效率的影响。结果表明:导管桨在低进速下由导管所产生的推力会有较大提升,导管的存在能够显著减小斜流中螺旋桨推力和转矩的脉动。     

条基宽度对条基-疏桩承载性能影响的数值模拟

条基—疏桩是一种新兴的基础形式 ,其推广应用也取得了一定的经济效益和社会效益。工程设计中需要确定合理的条基宽度 ,本文通过ANSYS数值模拟的方法 ,计算了薄软土层条件下条基宽度在 0 .5 - 3.0m范围内变化对条基—疏桩承载性能的影响 ,为条基宽度的设计优化提供了参考     

涡轮搅拌桨混合过程三维非等温流场数值模拟

化工搅拌装置内的流体流动伴随着显著的传热过程, 由于搅拌流动的复杂性以及温度的分布难以测量, 采用试验法具有一定的局限性。利用计算流体力学(CFD)软件, 采用标准κ-ξ紊流模型, 分析了非稳态非等温情况下, 涡轮搅拌桨混合过程中搅拌槽中流体的三维紊流流场和温度场的分布。结果表明, 桨叶旋转时, 在叶轮区产生高速射流, 径向射流在流动过程中夹带着周围流体撞击到槽壁后, 径向排出并分成两部分, 在叶轮上下两侧附近形成了两个循环涡流。随着桨叶搅拌时间的增加, 搅拌槽内流体温度逐渐趋于均匀, 但在六叶轮斜上区出现6 个低温区。桨叶所产生的能量绝大部分都消耗在桨叶附近的排出流区。     

杯-杆型复合挤压过程的数值模拟

采用上限单元技术(UBET)模拟了杯-杆型复合挤压的不同变形程度组合(ε_f/ε_b,摩擦因子m以及凹模锥角θ对挤压力及两端流出量的影响。并采用两种理论假设模拟了复合挤压过程的金属流动规律,与实验结果进行了比较,得出了按总上限功率最小来模拟变形与实际较为接近的结论。还建立了一般杯-杆型复合挤压金属的变形模式,获得了一些有价值的结论。     

双层组合桨中心及偏心搅拌三维流场的数值模拟

利用计算流体力学的方法,采用Laminar层流模型对双层六直斜叶交替组合桨在甘油与水的混合物中进行中心及偏心搅拌的三维流场进行数值计算,得到了组合桨以恒转速200r/min在搅拌槽内转动时所产生的3种不同流场结构,对比分析了速度矢量图、速度云图以及轴向、径向和周向速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了依据。     

中心孔对刻槽式MEFP成型及毁伤影响的数值模拟

刻槽式MEFP战斗部在爆轰压强作用下,可形成多个具有一定质量和速度的子EFP。应用ANSYS/LS-DYNA软件,对刻槽式M EFP战斗部成型及毁伤钢靶过程进行模拟,主要研究中心孔的大小对刻槽式MEFP成型及毁伤的影响。结果表明:中心孔相对直径小于0.0323时,子EFP速度及发散角随中心孔直径增大而显著增大;中心孔相对直径大于0.0323时,子EFP速度及发散角随中心孔直径增大变化不明显;中心孔变大,子EFP长径比增大;中心孔相对直径为0.0323时,战斗部毁伤效果最好。     

不同组合桨搅拌器搅拌特性的数值研究

采用Fluent软件的多重参考系(MRF)及标准k-ε湍流模型,针对双层平直桨叶、双层45°折叶涡轮桨和两者组合搅拌桨这3种搅拌桨,研究了不同桨叶类型搅拌槽内的流动混合特性和加料位置,结果表明:45°折叶涡轮桨和平直叶桨的上下组合桨可以增强搅拌器内流体的上下湍动,促进混合,其搅拌功率较双层平直叶桨下降37.91%,混合时间减少50.48%;选择上层桨叶尖端加料可以缩短搅拌器内液体的混合时间,提高搅拌效率.     

非定常流中桨后舵附推力鳍的数值模拟

采用基于速度势的面元法计算螺旋桨与其后舵附推力鳍的非定常水动力性能，船体对螺旋桨的影响以桨盘面处的非均匀伴流来模拟．计算了螺旋桨0．7半径处在旋转一周过程中表面压力分布的变化情况，并与试验数值进行对比．在此基础上，计算了处于非均匀来流的螺旋桨后的舵附推力鳍的水动力性能．舵附推力鳍与螺旋桨的互相干扰以迭代处理，分析了采用不同剖面的推力鳍其助推效率的变化，将鱼形鳍剖面引入推力鳍中，并对鱼形鳍随边处进行了一些修改，计算了螺旋桨在旋转一周过程中，鱼形推力鳍助推效率的变化，计算结果与相同展长、弦长的NACA0018剖面相比，鱼形鳍的助推效率增加了约30％．     

影响Hopkinson压杆实验结果因素的数值模拟分析

根据Hopkinson压杆试验装置产生压缩加载脉冲的力学模型,利用ANSYS/LSDYNA有限元显示动力学程序计算得到了试件在加载过程中的应力-应变曲线,并且和输入材料曲线做了比较,讨论了试件的长径比及试件与压杆之间的界面摩擦力对试件内部应力均匀性和对试件材料动态屈服应力的影响.分析结果表明,试件的长径比在0.5~0.6之间、试件与压杆之间的界面摩擦系数为0.15时,对动态屈服应力的结果影响比较小,这一结论对实际的实验操作有一定的指导意义.     

导管桨内部流场的数值计算

为研究导管螺旋桨的内流场特征,用面元法计算了导管桨中螺旋桨和导管的诱导速度.导管上采用余弦布置轴向面元、均匀布置周向面元;螺旋桨叶片上径向和弦向均采用余弦布置方法.由于导管和螺旋桨之间存在相互干扰,在研究中采用了迭代计算方法.当迭代计算结果收敛后,可以求出导管及螺旋桨表面的速度势和源汇强度,进而根据蒙瑞诺解析公式计算导管桨的内部流场.在研究导管桨内部流场的过程中,计算了导管桨的水动力性能.对桨前后不同位置导管桨的内部流场进行分析,并将其和敞水情况作了比较.计算结果表明,导管的存在使得螺旋桨的诱导流场变小,螺旋桨的存在使得导管的诱导流场变大.     

具有弹性关节的柔性杆机械手动力学方程及其数值模拟

以单杆柔性机械手为例，提出建立具有弹性关节的柔性机械手动力学方程的新方法，并将这种方法与刚度矩阵法对指端误差的影响进行比较。此法可推广到具有弹性关节的柔性多杆机械手中。