潜艇尾流的空间演化及与自由面的相互作用

潜艇尾流的空间演化及其海面特征研究是分析尾流对声传播的影响和遥感探潜的基础.在综合模型试验结果的基础上,给出了预报潜艇湍流尾流空间演化的计算公式,综述了尾流区表面波特征.湍流尾流的空间演化依赖于潜艇航速、尾流初始尺寸、海水Brunt-Vaisala周期和尾流生成时间.海水密度分层引起尾流塌陷,并形成宽扁形状的尾流区.当潜艇近自由面航行时,由于自由面的限制使尾流速度衰减率减小,湍流尾流与自由面相互作用使自由表面变形并生成表面波.表面波是由尾流中大尺度涡结构引起的,尾流中的涡结构初始时使自由面变形,最后使自由面"破碎"形成随机波.     

基于泰勒展开边界元法的近水面潜艇垂向二阶波浪力(矩)计算

针对潜艇在近水面航行难以定深控制问题,利用一阶泰勒展开边界元方法求解切向诱导速度精度高的优势对其垂向二阶波浪力(矩)研究。该方法对边界积分方程中的偶极强度进行泰勒展开并保留至一阶导数项,同时在格林第三公式中关于场点沿边界取切向导数封闭方程组,直接求解出速度势及其沿物面的切向速度。计算迎浪状态下椭球体的垂向二阶波浪力(矩),与现有成果吻合度较高;进而计算迎浪状态下潜艇模型的垂向二阶波浪力(矩)。数值计算结果表明:该方法有较高的计算精度且收敛速度快。     

尾流特征图像提取的数学形态学方法

利用数学形态学提取船舶尾流图像形状特征的原理及方法,解决含有各种噪声的海洋船舶尾流特征图像的提取问题.通过数学形态学的膨胀、腐蚀、开启和闭合运算对尾流图像进行消噪,得到了尾流边缘清晰的消噪图像;对尾流消噪图像进行了细化骨架提取和修剪,得到了船舶尾流特征图像.对滤波后的图像进行了阈值二值化处理,尾流图像层次清楚,边缘突出,得到了清晰、不合噪声的尾流边缘图像.     

全附体潜艇旋臂水池试验及单平面受力研究

为了研究水下航行器在定常回转中的水动力特性及受力运动规律，以潜艇标模SUBOFF AFF-8为研究对象，在浙江大学旋臂水池中进行潜艇操纵性回转试验.介绍潜艇旋臂水池试验的测试技术，包括模型安装、数据测量及六分力天平的标定与校核.获取水平面和垂直面的旋转导数，与泰勒水池的实验值形成对比.结果表明，浙江大学水池与泰勒水池相比，误差小于10%，证明浙江大学旋臂水池对潜艇操纵性试验的测量具有一定的可靠性.在水平面运动中，纵向力和横向力随漂角的变化曲线以0°漂角为分界点左右对称，横摇力矩和偏航力矩随漂角的增大而增大，垂向力和俯仰力矩随漂角的变化近似呈抛物线分布.垂直面运动时，上浮和下潜运动的力和力矩呈对称分布.角速度越大，纵向力越大，在较高的角速度下，不同攻角下的力差值较大.     

海洋模式中虚假越中性层混合研究综述

在现代全球海洋数值模式的开发研究中,需要在空间尺度为海盆尺度上,时间尺度在几十年、几百年甚至涡流翻转数百次的时间内保持水团属性不变,而湍流混合又是维持层结和海洋环流循环所需要的.在海洋数值模型的开发中,需要将方程组在全球网格上进行离散处理,这势必会产生截断误差,从而产生虚假越中性层混合.因此将目前国内外学者和研究人员对虚假混合的来源、诊断方法、控制方法整理做出简要综述,以供读者参考学习.     

内孤立波对水平圆柱潜体作用力的计算

针对内孤立波对潜体的载荷作用,分析受力特性并建立合适的载荷计算方法.基于文献资料,选取mKdV(modified KdV)理论,建立两层流体中考虑浮力变化的内孤立波对顺流向放置潜体的垂向力及力矩的计算方法,使用Matlab编制计算程序.利用已有文献试验结果对本文计算结果的可靠性进行验证,分析潜体所受垂向力及力矩在内波流场中不同位置处的时历变化.结果表明,下凹型内孤立波在上层流体中对潜体的垂向力及力矩大于在下层流体中对潜体的垂向力及力矩.垂向力在波谷前、后位置方向相反,具有垂向上、下剪切特性,在穿越过程中会对潜体产生强大的垂向力矩,尤其是在内界面与波面之间的流体层中,密度变化导致潜体产生浮力差.潜体所受的总垂向作用力及力矩远大于内孤立波本身对潜体的垂向作用力及力矩,分层流体中浮力的变化对潜体的影响至关重要.     

热带印度洋环流动力与季风相互作用研究进展

围绕中国科学院战略性先导科技专项"泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设"之子课题"热带印度洋环流动力与季风相互作用及其影响",从热带印度洋上层海洋环流、盐度变异对印度洋典型海气耦合过程的影响、印度洋海气相互作用及其对泛第三极水汽输送的影响方面回顾了热带印度洋环流动力与季风相互作用的研究进展.针对国内外研究发展的现状,提出热带印度洋上层经向、纬向、垂向流系间三维联动机制,海盆尺度热盐再分配对局地海-气模态变异的响应和反馈机制,热带印度洋典型海气耦合模态对泛第三极地区气候变化的影响机理等关键科学问题亟待解决.开展该子课题研究的最终目标是:全面认识和理解热带印度洋上层环流体系,加深印度洋海洋环流动力与海气相互作用及其对泛第三极经向水汽输送作用的理解,提高泛第三极地区气候预测水平,提升丝绸之路海上观测航道监测保障能力,从而为"一带一路"倡议和"21世纪海上丝绸之路"建设服务.     

来流湍流度对圆柱绕流特性的影响

采用大涡模拟方法,在雷诺数为1.4?05时,研究来流湍流度对圆柱绕流特性的影响规律。研究表明：湍流度会使得自由剪切层间的相互作用更加剧烈,使得流场的三维特性更为强烈;同时加强了尾流区湍流能量的相互传递,减少能量的耗散,从而延长了回流区长度。随着回流长度的增加,圆柱背风面的平均风压系数得以增大,最终导致圆柱阻力系数随之减小。在尾流湍流得到增强的同时,尾流区会形成多尺度的湍流,从而促使漩涡形成区形成大涡量的漩涡,导致尾流区的漩涡呈现多频率的脱落。     

形状记忆合金-摩擦三维隔振体系地震响应分析

为研究近场强震下结构的地震响应,构造了水平向和垂向弹性解耦的形状记忆合金-摩擦三维隔振器(3DSMAFBI),并采用Newmark法和修正的Newton-Raphson迭代法对地震作用下隔振结构层间动力学模型进行求解。地震响应的数值研究结果表明:当垂向和水平向地震波加速度峰值相近时,有、无垂向地震作用时被控结构隔振层力-位移关系差别较大;上部结构垂向自振周期增加时,结构的基底轴力和剪力显著减小,而上部结构水平向位移峰值无显著变化。通过结构参数化研究,确定了三维隔振结构参数,并比较了无隔振、SMA-摩擦水平向隔振和三维隔振时结构的地震响应,证明了SMA-摩擦三维隔振器能对水平向和垂向的结构起到良好的隔振作用。     

深水密度层航行潜艇兴波阻力的影响分析

为探讨密度分层流体中潜艇航行时的受力特性,本文采用基于粘流理论,结合UDF方法建立的用于密度分层流中潜艇水动力特性分析的多相流CFD模型;研究了SUBOFF潜艇模型以不同航速在深水层即内波交界面以下不同位置处航行时的受力特性.研究表明:航速、位置对深水层航行潜艇的受力特性有较大的影响;兴波阻力对总阻力改变有主要贡献;相...     

尾流边缘图像处理及压缩

船舶尾流边缘图像处理及压缩编码研究可用于实现尾流识别与探测．文中利用Canny检测器对船舶尾流图像边缘化处理,得到了边缘图像;通过对尾流边缘图像进行抽样、拟合,得到了拟合曲线和对应的多项式曲线及其方程;进行了傅里叶分析,定量描述了边界形状,利用50％个傅里叶描述子来重构原来的尾流边缘图像,可得到一个近似而不改变基本形状的图像;通过对尾流边缘图像进行离散余弦变换压缩实验,在压缩率为56%条件下,压缩前后图像视觉上无变化．     

轴向密流比对叶栅性能影响的研究

轴向密流比是决定叶轮机械叶栅流动工作状态的一个重要参数,它对叶栅诸性能有较大的影响。本文对该问题进行了一些理论及实验方面的研究,推导出了叶栅总压损失系数、尾迹附面层特性参数、叶栅增压比及扩散因子等叶栅性能参数与轴向密流比的关联方程,并对某压气机叶栅进行了吹风实验,得到了不同轴向密流比条件下的叶栅性能。理论计算与实验结果进行了比较,两者的吻合程度是令人满意的,表明本文所得出的理论关联式可以有效地估算轴向密流比对叶栅性能的影响,具有一定的实用价值。     

中等雷诺数圆球绕流的数值研究

采用三维黏性不可压缩流场分块耦合计算方法计算圆球绕流问题.动量方程分别采用高精度和常规精度离散,压力泊松方程采用二阶中心差分格式离散.出口边界条件为无反射边界条件;计算网格为全流场封闭的H-O型网格.计算了雷诺数为8.9～1 000.0时圆球绕流受到的阻力,分析尾涡形状及长度随雷诺数的变化规律.计算得到的阻力系数和尾涡长度与实验结果符合较好.用高精度算法研究了尾涡结构问题,在雷诺数为1 000.0时成功地获得了尾流发夹涡现象.     

仿海豹胡须阵列检测水中运动目标尾流特征

为检测水中运动目标的尾流特征,获取运动目标运动轨迹方向、几何尺寸等参数信息,通过模仿海豹使用胡须探测猎物的机理,提出了一种仿海豹胡须的尾流探测方法。首先,用3D打印技术制作了与海豹胡须形态相似的胡须模型,并结合压阻元件等材料制作了可感知水中运动目标尾流的传感器阵列。其次,设计尾流检测实验方案,并对0.5、1.0、1.5 m/s的均匀来流及具有微小波动的非均匀流场情况进行仿真分析,获取不同流场情况下的尾流速度场分布,分析S₁₁的升力系数及频谱分布,并与理论计算得到的尾流漩涡脱落频率进行对比,验证实验方案的有效性。最后,在实验室条件下,采用该传感器阵列实现了对被测目标尾流特征的测量,并分析了仿海豹胡须夹角对尾流检测的影响。结果表明：在不同来流情况下,胡须模型升力系数波动较明显,经快速傅里叶变换获得的主频与尾流漩涡脱落频率理论值一致性较好;在尾流区内传感器探测尾流信号的平均电压值是非尾流区的3倍以上,由此可准确识别出尾流区和非尾流区。在此基础上,对平均电压值衰减的梯度方向进行分析,实现了对被测目标运动轨迹方向的估算。该传感器阵列测得尾流信号的最大响应频率接近数值仿真的主...     

风力机尾流场的实验研究

为了获得风力机的尾流场信息,同时为大型风力机的尾流场研究提供参考依据,利用轴流式风机提供来流风速,使用皮托管和手持风速仪对无风力机情况和单个小型风力机的尾流场进行测量,获得尾流区域的速度场、压力场以及诱导速度场的分布规律.结果表明：对于无风力机的情况,在同一测量断面处的风速随着半径的增加而逐渐减小;对于有风力机时,在同一测量断面处的风速随着测量半径的增加先增加后逐渐减小;对于不同测量断面,随着测量间距的增加,在同一角度的速度值的变化趋势逐渐变小.通过尾流的诱导速度曲线可以发现,在同一测量断面处的诱导速度随测量半径的增加呈下降趋势,而对于不同截面,同一角度的诱导速度曲线会相互交叉.     

不同布置方案风力机尾流及相互作用的实验研究

以不同布置方案的风力机尾流场为研究对象,运用压差式风速仪对风力机尾流场的相互作用进行研究。对于2台风力机,当下游风力机(第2台风力机)全部或部分置于上游风力机(第1台风力机)的尾流场时,对下游风力机的尾流场进行测量。实验结果表明:当下游风力机全部置于上游风力机尾流场时,近尾流场受上游风力机尾流的影响较大,远尾流场受上游风力机尾流的影响较小,当两风力机轴向距离5D时,上游风力机对下游风力机的影响整体较小,且来流逐渐融合,表现出小幅度波动现象;当下游风力机部分置于上游风力机尾流场时,处于尾流场中的部分受上游风力机尾流(主要是叶尖涡)的影响,与尾流区外的相比,该部分的尾流区速度损失严重,但稳定性较好,当风力机横向距离大于1.5D时,随着横向距离的增大,轴向速度逐渐增大;随着轴向距离的增大,2种布置方案下轴向速度的变化幅度均逐渐减小。     

排桩式波浪能发电装置附近流场特性研究

基于雷诺时均Navier-Stokes方程和k?ω湍流模型,研究单排桩式振荡水柱式波浪能发电装置在规则波作用下的桩基附近流场特性. 通过物理模型实验验证所建数值波浪水槽的准确性. 模拟规则波作用下装置附近的流场特性,分析装置附近的涡特征以及其对装置附近泥沙冲刷情况的潜在影响. 结果表明,测试工况下,在桩式振荡水柱装置桩柱体的桩基附近观察到马蹄涡和尾涡现象,马蹄涡强度随着Keulegan–Carpenter（KC）数的增大而减小,尾涡强度随着KC数的增大而增大. 马蹄涡因强度过小,在模拟的KC数范围内不是装置桩基泥沙冲刷的主要因素,高强度的尾涡很可能成为装置桩基附近泥沙起动、输运和冲刷的重要影响因素.     

基于特征融合的随机森林飞机尾流识别

为提高民航运输的高效性和安全性,利用随机森林模型,结合多普勒激光雷达技术,提出一种基于径向速度极差特征和边缘轮廓特征融合的方法,实现对飞机尾流的准确识别。将在双流机场采集的数据样本进行速度极差特征提取,同时将样本数据映射成灰度图,通过形态学梯度提取图像轮廓特征,再将二者融合,并以此构建随机森林尾流识别模型,最后进行对比实验。实验结果表明,特征融合后随机森林模型的分类准确率、精确率、召回率、F1-score分别为95.8%、87.3%、89.4%、88.4%,高于单一特征方式和决策树模型识别结果。本文提出的方法能够对具有复杂背景风场中的尾涡进行检测。     

不同入流条件及偏航角下的单风机尾流特性

随着大型风电基地建设,上游风机在运行时会使下游风场风速下降,湍流度增大,造成下游风机发电功率降低,加剧风机的疲劳破坏并缩短其服役周期。因此,亟需开展风机尾流研究,明确其特性及演化规律。为了揭示不同入流及偏航角下的单风机尾流特性,基于单风机尾流风洞试验,验证基于大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)结合致动线模型(Actuator Line Model, ALM)数值模拟方法的准确性;基于LES-ALM模拟方法研究入流风场（包括风速及湍流度）及偏航角对风机尾流特性的影响,阐明正负偏航角下单风机尾流的对称性。结果表明：随着背景湍流度的增大,风机尾流恢复速度加快;当入流条件相同时,风机设置正负对称偏航角,其尾流风速也表现出一定的对称性;风机偏航角越大,风机尾流膨胀宽度会逐渐减小,并降低尾流风速的亏损程度。