浅窄航道船舶线性位置导数估算

本文采用简化的一元流分析方法，引入非均匀流的概念对浅水中的细长体理论作了修正，计算了船舶在浅窄航道中斜航时的线性位置导数，计算中对粘性影响作了适当修正。计算结果与试验值吻合较好，且本法简便，便于在船舶设计初始阶段对浅窄航道船舶线性位置导数的估算。     

驶经桥墩船体非定常水动力相互作用数值预报

应用CFD软件对船舶通过桥区时的船体-桥墩水动力相互作用进行数值研究,通过使用动网格技术及UDF进行船舶运动过程中的网格更新,对船舶沿直线航线匀速驶经桥墩时的非定常粘性流场进行数值模拟,对桥墩诱导的船体非定常水动力进行数值预报,其中假设船舶航速很小,因而自由面兴波的影响可以忽略。以一艘集装箱船和一个垂直柱体桥墩模型为例,选取不同的船体-桥墩横向距离进行了数值计算,得到了作用在船体上的横向力和转首力矩时历曲线,分析了船体-桥墩横向距离对船体非定常水动力的影响。     

流场中两个圆柱体之间的水动力相互作用

此文对无黏性不可压缩流场中两个可以膨胀和收缩的运动圆柱体间的水动力相互作用问题进行了理论研究。研究方法是以圆定理和复变函数为工具,通过建立坐标变换关系,运用连续补函数方法求得流场中两个圆柱体运动下流场的复势,然后通过对复势的曲线积分得到了运动物体的附加质量矩阵,并利用Lagrange方程建立了由物体和液体组成的哈密顿系统中运动物体的动力学方程组,最后计算出这些物体的运动轨迹。此文用不同方法部分验证了Wang的结论:当两个圆柱体同时膨胀(收缩),或沿它们的连心线运动时,它们相互排斥;当一个圆柱体膨胀而另一个圆柱体收缩,或两圆柱体垂直于它们的连心线运动时,它们相互吸引。研究发现,由于附加质量被引入到物体的加速度变化中,在完全的水动力流固耦合下,膨胀(收缩)的运动圆柱系统显示出复杂的非线性特性。     

基于数值波浪水池的波浪中船舶水动力计算

此文基于CFD方法建立了数值波浪水池,模拟了波浪的生成和传播,并对规则波浪中航行船舶的水动力进行了计算研究.文中讨论了适合船舶在波浪中航行的数值模拟的波浪环境表达,验证了参考坐标系下数值波浪水池中波浪生成和传播及消波等,模拟计算了多个航速项浪与斜浪航行的约束Wigley-Ⅲ船模的水动力以及项浪中航行船舶的波浪增阻.计算结果与DUT(Delft University of Technology)的试验数据及势流理论的结果吻合良好.对比和研究表明,本文的方法能细致描述船舶周围的流场,且比实验更易实现和控制,在船舶的水动力性能分析和运动预报等方面具有广阔的应用前景.     

三个物体水动力相互作用的研究

该文对二维不可压缩无黏流场中三个圆形物体之间的水动力相互作用问题进行了理论上的探讨.根据无耗散系统中的Lagrange方程,导出了这三个物体在水动力相互作用下的动力学方程组.采用Ronge-Kutta数值方法对此六个一阶方程组数值求解,能够计算出这三个物体在水动力相互作用下的运动速度和轨迹.数值结果预测了几种不同排列、速度分布和物体尺寸下的三个圆形物体在流场中运动的轨迹以及它们的实时速度、空间位置关系.发现了一些有兴趣的现象.     

珠江网河二维水动力数值计算研究

通过ECOMSED数学模型对珠江网河广州区域进行数值模拟计算。计算区域为老鸦岗、沙洛围、大石、黄埔水位站组成的闭合区域,采用贴体自适应网格技术。计算结果显示,水位、流速、流量计算值与观测值都吻合较好,结果令人满意。并应用到广州地铁过江隧道建设的水文特征分析中。     

基于CFD的船-舵水动力干扰数值研究

该文采用基于RANS方程求解的CFD方法,对匀速直航的船-舵系统的黏性绕流场进行数值模拟,计算了不同船速和不同舵角下的船-舵水动力干扰系数,计算中忽略了自由面兴波及螺旋桨的影响。文中以KVLCC1船、舵模型为研究对象,首先将数值计算的船舶水动力及船-舵水动力干扰系数结果与模型试验数据进行比较,验证了所采用数值方法的有效性;随后,对船-舵系统、裸船体和敞水舵分别进行计算,通过水动力计算结果的比较以及流场分析,对船-舵水动力相互作用进行了数值研究。     

韩江三角洲河网航道整治水动力数学模型

对韩江三角洲河网区河道进行概化,采用Preissmann有限差分格式和松弛迭代法建立韩江三角洲河网水动力数学模型,并利用2005年的实测水文资料对韩江三角洲河网的水面线、分流比进行验证,最后对2个整治工程方案的整治效果进行模拟计算和方案比选。结果表明:水位计算值与实测值误差一般小于0.05m;分流比计算值与实测值误差小于1%;在整治流量条件下,各河道水位变化很小,分流比增加值最大为2.35%;在洪水条件下,水位壅高值最大为0.07 m,分流比增加值最大为2.06%。     

船舶螺旋桨流场及水动力数值分析

随着数值计算和计算机技术的飞速发展,计算流体力学已经发展成为流体力学的主要研究手段,作为船舶优化设计和航行性能分析的基本工具,在船舶水动力学分析中得到广泛应用。该文针对船舶螺旋桨流动模拟,描述使用的网格模式和数值方法,探讨水动力计算结果对网格尺度、几何精细度表达及边界层网格形式的依赖性和敏感性,同时在数值模拟的基础上分析螺旋桨叶片边界层、梢涡和尾涡的流动特征,以及螺旋桨流场与水动力的联系。     

岗南水库水动力特性数值模拟研究

岗南水库由于受到自然和人为因素的干扰,水质环境逐渐恶化。水库水质与水动力特性有着紧密的联系,因此了解水库的水动力特性具有重要的意义。应用EFDC建立了岗南水库三维水动力数值模型,并对其全年的水动力特性进行了模拟。通过分析其流速变化规律了解了岗南水库的水动力特性,为水质的改善治理提供了科学参考。     

Valid hydrodynamic interaction regions of multiple ships advancing in waves

Based on the 3-D surface panel method combined with the translating-pulsating source Green function, an approximate approach is developed to solve the hydrodynamic interacting problem of multiple ships advancing parallel in waves. Focus is on improving the calculating efficiency. In this approach, each ship is assumed to be in each other＇s far-field, and the near-field term in this Green function is neglected if the source point falls on one ship and the field point on others. Further, a matching relationship between the far-field waves and the interfered regions, which are defined as the overlapping areas between the mean wetted body surface of one ship and the propagating regions of the waves generated by another ship, is introduced to avoid the unnecessary computation of the relative terms of the Green function, if the field point is not in the overlapping areas. The approach is validated through studying the hydrodynamic terms and the free motions of two or three ships in side-by-side arrangement by comparing the obtained results with the model tests and the predictions of the exact method. The average calculating speed for the present approximate method is about 1.65-1.8 times of that for the exact method for solving the hydrodynamic interaction problem of two ships, and 2.56-2.73 times for that of three ships.     

Numerical prediction of hydrodynamic forces on a ship passing through a lock with different configurations简

A CFD method is used to numerically predict the hydrodynamic forces and moments acting on a ship passing through a lock with a constant speed. By solving the RANS equations in combination with the RNG k-e turbulence model, the unsteady viscous flow around the ship is simulated and the hydrodynamic forces and moments acting on the ship are calculated. UDF is com-piled to define the ship motion. Meanwhile, grid regeneration is dealt with by using the dynamic mesh method and sliding interface technique. Under the assumption of low ship speed, the effects of free surface elevation are neglected in the numerical simulation. A bulk carrier ship model is taken as an example for the numerical study. The numerical results are presented and compared with the available experimental results. By analyzing the numerical results obtained for locks with different configurations, the influences of approach wall configuration, lock configuration symmetry and lock chamber breadth on the hydrodynamic forces and moments are demonstrated. The numerical method applied in this paper can qualitatively predict the ship-lock hydrodynamic interaction and pro-vide certain guidance on lock design.     

离心泵内部两相流模拟及其叶轮的流固耦合分析

应用N-S方法和标准k-ε湍流模型,采用SIMPLE法,对离心泵内部三维固液两相流进行了模拟计算。得到不同固相(颗粒)浓度下的离心泵内部压力分布和内部颗粒浓度分布情况,并且基于流固耦合原理对离心泵叶轮进行结构分析,采用多物理场协同仿真平台ANASYS Workbench,通过单向流固耦合技术实现离心泵叶轮结构的仿真计算,获得了离心泵叶轮在同一工况、不同固相浓度下的等效应力及变形情况。计算结果表明,蜗壳中压力和固相体积浓度分布规律都是从进口处随蜗壳半径增大而增大,并且在隔舌处出现浓度分布不均匀的现象。各种计算条件下,叶轮的等效应力和总变形情况变化趋势基本上相同,叶轮的应力分布都不均并且存在局部应力集中,固相体积浓度越大离心泵叶片的变形也越严重。     

长兴岛围涂造地水动力环境响应数值模拟

长兴岛实施滩涂圈围工程对周边水动力环境具有一定的影响。为了研究其波及范围和影响程度,根据大量的现场监测资料,建立了长江口二维水动力模型,分别对围涂造地工程实施前后的潮流场进行数值模拟。分析表明:围涂造地对长江口的影响区域主要集中在围堤工程区东侧横沙通道下游、工程区南侧长兴南岸水道下游等局部水域内,对距离较远的水域基本没有影响,整体河势受影响程度较小。     

土坝溃决跌坎水流水动力特性数值模拟

黏性土坝漫顶溃决涉及多学科交叉,过程极其复杂,尽管国内外大量物理模型试验成果表明其溃决多以“跌坎式”溯源冲蚀为主要特征,然而对该冲蚀发展形式下的水流-坝体微观作用机制尚不清晰。水流作为漫顶溃决的冲刷主动力,对坝体溃决发展起着主导性作用,采用RNG k-ε紊流模型和VOF自由液面捕捉技术针对黏性土坝漫顶溃决代表性水流结构——溃决跌坎水流开展了三维数值模拟研究,对跌坎水流的水流结构、流态、水力特性指标等进行了细致分析,揭示了不同工况下坝体跌坎上的剪切应力、流速分布规律,进而从水动力学的角度对坝面进行受力分析,初步推断了黏性土坝漫顶溃决过程中各级跌坎的主要合并方式为“台阶水平面刷深下切”。研究成果为进一步掌握黏性土坝漫顶溃决发展演变机理提供了理论基础。     

气固两相射流的数值研究

本文根据ＰＳＩ－Ｃｅｌｌ模型，用差分法计算，分析了喷嘴内的气固两相流动和喷嘴外的自由射流，不计颗粒间的相互作用，粒子自旋，粒子和固壁间的碰撞模型为非规则模型，并将部分计算结果与实验作了比较，吻合良好，计算结果表明在气－固两相射流中，粒径大的粒子比密度小的粒子其轴线速度衰减得慢，而密度的变化却对粒子的扩散快慢影响不大。     

Field evaluation of a two‐dimensional hydrodynamic model near boulders for habitat calculation

Two‐dimensional hydrodynamic models are now widely used in aquatic habitat studies. To test the sensitivity of calculated habitat outcomes to limitations of such a model and of typical field data, bathymetry, depth and velocity data were collected for three discharges in the vicinity of two large boulders in the South Platte River (Colorado) and used in the River2D model. Simulated depth and velocity were compared with observed values at 204 locations and the differences in habitat numbers produced by observed and simulated conditions were calculated. The bulk of the differences between simulated and observed depth and velocity values were found to lie within the likely error of measurement. However, the effect of flow simulation outliers on potential habitat outcomes must be considered when using 2D models for habitat simulation. Furthermore, the shape of the habitat suitability relation can influence the effects of simulation errors. Habitat relations with steep slopes in the velocity ranges found in similar study areas are expected to be sensitive to the magnitude of error found here. Comparison of habitat values derived from simulated and observed depth and velocity revealed a small tendency to under‐predict habitat values. Published in 2009 by John Wiley & Sons, Ltd.