水面下均流中空间任意方位马蹄涡之诱导速度势

本文在线性化自由表面条件的假定下,从单位强度的Kelvin源出发,推导而得处于水面下均流中空间任意方位马蹄涡之诱导速度势公式。本文的结果包含了文献[3]、[4]、[5]中的水平马蹄涡、上反马蹄涡、垂直马蹄涡和下滑马蹄涡之诱导速度势的情况,是一个适用范围更加广泛的基本解。     

水下航行体壁面脉动压力的大涡模拟研究

湍流壁面脉动压力是重要的水动力噪声源,开展相应的计算与试验研究十分必要。作者在大涡模拟的理论框架下,结合精细网格生成技术,对于水下航行体的壁面脉动压力进行了数值预报。首先,详细描述了所使用的大涡模拟方程与动态Smagorinsky亚格子模型,介绍了离散求解的数值方法。其次,利用大涡模拟计算了SUBOFF模型主体与附体上的表面压力分布,并利用试验结果进行了验证,分析了大涡模拟方法计算定常流动的可靠性。再次,计算了平板的湍流壁面脉动压力,并与CSSRC的消音风洞试验结果进行了对比,分析了大涡模拟方法计算非定常流动的可靠性。最后,对于水下航行体模型主体上三个位置与围壳上四个位置处的壁面脉动压力进行了大涡模拟,得到了脉动压力1/3OCT频谱,分析了频谱高频与低频特性以及衰减特性,并用试验结果进行了验证。研究表明,本文建立的水下航行体壁面脉动压力的数值预报方法是可靠的。     

明渠柱体上游马蹄涡的运动学特征研究

马蹄涡是水下柱体结构周围床面冲刷的主要动力。为掌握马蹄涡的运动学特征,引入了基于旋转强度的马蹄涡识别方法,提出了基于椭圆涡拟合的马蹄涡特征提取方法,其中,椭圆涡由Oseen涡和倾斜单向剪切流叠加而成。基于上述方法,通过开展明渠圆柱绕流PIV实验,对柱体上游对称面时均流场中马蹄涡的运动学特征进行了研究。结果表明,在柱体雷诺数大于104的紊流柱体绕流中,马蹄涡上游的流动分离点随柱体雷诺数的增大而缓慢向下游移动,但马蹄涡的位置保持不变,涡中心距柱体中轴约0.67D(D为柱体直径或宽度),距床面约0.06D;随着柱体雷诺数的增大,马蹄涡的半径不变而强度增加,使得马蹄涡作用于床面的剪切应力增大。研究结果建立了客观提取马蹄涡运动学特征的数学方法,得到了流动分离点、马蹄涡位置等运动学特征随水流条件的变化规律,揭示了明渠柱体绕流与其它流动中柱体绕流的差异,初步构建了马蹄涡的动力作用概念模型。     

截面形状对局部马蹄涡影响的数值研究

马蹄涡是造成水工建筑局部冲刷的主要动力因素,削弱马蹄涡强度,可降低局部冲刷强度,提高相关结构物的安全性。该文针对直立柱体带自由表面流动,建立了三维数值模型。数值模型基于有限体积法(FVM),湍流模型采用二阶的k-?SST双方程模型。针对雷诺数为ReD=39000的圆柱绕流物理模型实验,验证了模型的模拟精度,进而开展了不同截面形状的柱体绕流数值模拟。该文旨在探讨截面形状对马蹄涡的影响,涉及马蹄涡的位置和强度,以及床面剪应力的分布随截面形状而发生的改变。分析总结合理的截面形状,以达到削弱局部马蹄涡的目的。     

空腔不可压缩流动特征及其声学特性研究

空腔作为舰船表面常见结构之一,其流动特征和声学特性近年已成为学术界研究的热点。该文以长深比L/D?2的空腔为原型,改变空腔底面坡度,用数值模拟方法考察空腔形状对空腔流涡结构和声辐射特性的影响。空腔非定常水流场数值模拟采用二维大涡模拟方法,分析了空腔底面坡度对空腔时均和瞬时流动特征的影响,比较了腔中瞬时涡量变化和壁面脉动压力特性。计算结果表明,底面坡度使空腔振荡模式从剪切层模式转变为尾流模式,振荡频率减小;计算结果与空腔流动流场PIV测量结果相比较吻合良好,验证了流场计算的有效性。同时采用LES-Lighthill声类比法混合方法,比较了不同形状空腔的噪声辐射特性;结合流动特征,分析了刚性壁面空腔的噪声机理和空腔底面坡度对声场的影响。分析结果表明,空腔流激振荡发声是主要噪声源,腔体的水动力噪声以低频噪声为主,总噪声级和低频纯声辐射具有指向性,上游辐射声压级较高;底面坡度使声压级增大,对声场指向性影响不大。     

流向振荡圆柱绕流中的涡脱落模态分析

本文用有限体积法对平行于均匀来流方向受迫振荡的圆柱绕流问题进行了二维数值模拟。雷诺数选取Re=200、855等几种亚临界雷诺数情况。研究了不同振幅和振动频率下的流场结构、涡脱落模态和一些重要流动参数如升阻力系数、Strouhal数的变化关系。西文计算表明，流向振荡圆柱绕流中涡脱落方式可划分为对称与反对称两种形态，在反对称的涡脱落现象中又观察到了三种基本模态，相互竞争的各种模态间的共同作用对流动特征起决定性作用。同时计算结果还验证了在圆柱绕流实验中观察到的频率锁定现象。     

一起大型水轮发电机组功率低频振荡事件分析

低频振荡是电力系统的一种复杂动态行为,关系到电网设备的安全稳定运行。二滩水电站调度侧监控系统曾推送出"低频振荡"信号,故障定位为3号机组。结合同步相量测量装置(PMU)历史数据详细分析事件过程,原因为机组较长时间停留在典型涡带工况区运行,受水力因素影响,强烈的涡带频率压力脉动引发了机组功率产生周期性波动,属于强迫功率振荡。据此提出了相关稳定运行建议措施。     

二滩水电站3号机组低频振荡原因分析

电力系统的负阻尼效应往往会导致产生低频振荡,此时输电线路上的功率波动频率一般在0.2~2.0Hz之间。低频振荡会引起联络线过流跳闸或系统与系统、或机组与系统之间的失步而解列,严重威胁着电力系统的稳定。引起低频振荡的原因有很多,包括电气因素、机械因素以及水力因素等,都有可能导致低频振荡的发生。励磁系统的电力系统稳定器PSS可以有效地抑制由于电气因素而引起的低频振荡。以二滩水电站为例,该水电站3号机组由于水力因素导致发生低频振荡,为此进行了分析研究,根据研究结果,制定出了适宜的应对措施;通过对跨越涡带区的负荷进行调整,使此次振荡故障得以平息。针对二滩水电站3号机组发生的低频振荡事件所开展的原因分析以及所研制出的应对系统措施,可为同行提供借鉴。     

水轮机及其调速系统在低频振荡中的作用

在研究电力系统低频振荡时，传统方法通常忽略水轮机及调速系统的影响。本文提出了水电站单机无穷大系统的低频振荡研究模型，计及了励磁调节系统和水轮机及其调速系统的作用，对不同状态下的特征根进行了比较，并做了振荡模式的相关性和灵敏度分析，结果表明水轮机及其调速系统对电力系统低频振荡模式的影响不可忽略。     

电力系统低频振荡稳定极限的直接算法

提出了一种直接计算电力系统低频振荡稳定极限的方法。在给定的系统运行方式下，当向稳 定极限过渡的原因是由于发电机和负荷的功率发生变化且其变化规律已知时，该方法将通过 求解一组非线性方程来直接确定系统的低频振荡稳定极限，而无需反复计算系统的特征值。 对50机西北系统的计算结果表明，该方法用于计算低频振荡稳定极限不仅有效，而且具有很 高的收敛速度。     

PROPULSIVE PERFORMANCE AND VORTEX SHEDDING OF A FOIL IN FLAPPING MOTION

1 .　INTRODUCTIONInsectsandfishhaveexperiencedabillions yearprocessofevolutionwithnaturalselectionfortheirsurvivalandhavedevelopedtheirsuperiorandcomplete performanceofflightandswim ming .Usually ,aflappingmotionisabasicmodeoflocomotionforinsects ,birds ,andfish .Thrustandliftaregeneratedwhentheflappingwingsortailsinteractwiththesurroundingfluids .Becauseofthehighlyunsteadynatureofviscousflowaroundaflappingwing ,itisfarfromsatisfactorytounderstandthephysicalmechanismandvortexsheddinginuns…     

圆柱尾迹流场中横向振荡翼型绕流的数值模拟

该文数值模拟了静止圆柱尾迹中横向振荡翼型绕流的涡结构、力及频谱特性,揭示前方尾迹流场对振荡翼绕流特性的影响，以了解鱼类游动时自主利用前方流场有利干扰的流体力学机理。研究表明圆柱尾迹的影响可导致翼型前缘涡脱落模态发生变化；翼型尾迹的频谱特性更加复杂;在一定的参数下翼型阻力系数可以整体下降。     

FORCE CHARACTERISTICS AND VORTEX SHEDDING OF A PITCHING FOIL IN SHEAR FLOWS

The objective of this study is to deal with unsteady force acting on a pitching foil in shear flow and to study the relation of the force characteristics with vortex shedding near the foil. The two-dimensional incompressible Navier-Stokes equations in the vorticity and stream-function formulation were solved with the fourth-order essentially compact finite difference schemes for the space derivatives and a fourthorder Runge-Kutta scheme for the time advancement. The force characteristics and vortex shedding of the pitching foil in shear flows were investigated. The effects of some typical factors, including the incoming flow shear, the oscillating frequency and amplitude, on the vortex shedding and force behavior were analyzed and discussed.     

混流式水轮机卡门涡致振机理探讨与分析

水轮机出现卡门涡后易引起振动等问题。许多安装混流式水轮机的水电站发生卡门涡频率的强烈振动，严重时甚至造成转轮叶片裂纹破坏，学界多认为这是由卡门涡共振引起。本研究通过比较卡门涡频率和固有频率的巨大差异、大朝山电站转轮叶片减薄修型后强振工况向大负荷转移等事实，提出新观点：大多数卡门涡强振及其破坏并非由共振引起。本研究进行了模型水轮机卡门涡观测试验，比较了流量、空化系数对可见卡门涡的影响，发现可见卡门涡多发生于大流量工况或低空化系数导致的涡心压力较低时，指出卡门涡由其涡心空化造成。通过电站消除卡门涡危害的措施等进一步说明：卡门涡共振存在于小流量工况，但共振能量低，没有显著破坏性;大流量工况的卡门涡强振并非共振，而源于卡门涡空化空腔溃灭产生的巨大冲击力。     

三维非定常湍流尾水管涡带计算研究

混流式水轮机弯肘型尾水管在部分负荷工况下产生带气泡的尾水涡流, 涡流在离心力的作用下形成与水流共同旋的涡带，由此产生的低频压力脉动是混流式水轮机面临的一个普遍性问题。水轮机中存在的水力压力脉动现象将诱发转轮叶片疲劳破坏。更有甚者对整个机组、厂房构成威胁, 严重影响了机组的安全稳定运行。本文采用全流道三维非定常流动数值模拟方法, 研究三峡混流式水轮机在部分负荷工况运行时，由尾水管涡带以低频的周期在尾水管内旋进引起的压力脉动现象。采用全流道非定常流动粘性湍流计算，计算结果表明在各记录点都捕捉到了涡带低频压力脉动：频率为0.333Hz, 是转频1.25Hz的3.75分之一，相近工况模型试验实测涡带频率为5.31Hz, 是转频18.62Hz的3.51分之一，从涡带频率看计算结果与试验测量结果一致。     

角区湍流场的实验测量和数值模拟

本文首先对角区湍流场作了详尽的测量，包括平板壁面和翼型表面上的压力分布，角区流场在来流，绕流以及尾流共十个横截面上的平均速度，脉动速度，湍动能和Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力，然后应用拟压缩性方法，在曲线坐标系下求解Ｎ－Ｓ方程选取了Ｂ－Ｌ湍流模式，对角区湍流场进行数值模拟。最后把计算结果与实验结果进行了对比，二者符合较好。     

三杆六脚体对桥墩周围流场影响的试验研究

为寻求保护桥墩周围河床避受冲刷的有效方式,采用物理模型试验的方法,对三杆六脚透水架体对桥墩周围流场水力特性的影响进行了研究分析。结果表明,三杆六脚透水架体不但能削减穿越其内部的水流流速,在床面附近形成流速减速区域,将墩周马蹄形旋涡和墩后尾流漩涡的作用能量有效地转移到远离床面的水体中,而且还能利用自身扰流消能和实体抗冲的双重特性有效抑制墩前向下水流对床面的冲击。     

Efficient suction control of unsteadiness of turbulent wing-plate junction flows

A wing-body junction flow of a navigating underwater vehicle is considered to be a crucial source of the flow radiating acoustic noise, which attracts much research interest. In this paper, wing-plate junction flows are experimentally investigated in a low-speed wind tunnel by smoke-wire flow visualizations and time-resolved PIV measurements. To reveal the physical behavior of such flows, smoke-wire flow visualizations are conducted for a laminar wing-plate junction. A novel control strategy is proposed, to accurately locate the suction openings where the streamline is about to roll up to form a vortex in the turbulent junction flows. The control effect is discussed in perspectives of both the time-averaged and instantaneous flow fields.     

平头圆柱体垂直出水粘性流动的数值模拟

本文用MAC方法求解平头圆柱体垂直出水的粘性流场。液面形状由运动学条件确定。计算结果给出了不同出水高度下的流动图谱、液面形状、流场速度分布、柱体表面压力及粘附在柱体上并被带出水面的流体体积。计算结果还显示,在柱体头部右侧区域存在一个顺时针旋转的旋涡,当柱体不断向上运动时,该旋涡离开物体向外移动,并逐渐消散。