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.     

循环水槽动力段壁面振动的影响因素分析

在已知循环水槽动力段壁面振动主要是径向振动的情况下，为了研究影响其振动规律的影响因素，本文建立了叶轮旋转状态时的循环水槽动力段流场与壁面相互作用的数值计算模型。用滑移网格实现叶轮的旋转运动，并分别用剪切应传输(shear-stress transport, SST)模型和有限固体模型进行流场区域叶轮水动力和固体区域应力的计算，同时考虑流体区域和固体区域的变形，分别求解流体和固体控制方程，通过流体-固体交界面传递计算数据实现双向流固耦合计算。结果表明：增加叶轮叶数可以显著地降低壁面的振动，且壁面区域的固有频率对振动的影响很小，叶频对对壁面振动大小起决定性作用。     

非均匀来流中全方向推进器非定常水动力性能的研究

为进行安装全方向推进器的潜器运动仿真,研究了非均匀来流中全方向推进器水动力性能的面元预报方法,预报了不同轴向非均匀来流情况下全方向推进器水动力性能.基于螺旋桨面元法理论建立了非均匀来流中全方向推进器水动力性能计算的数学模型,对非均匀来流中全方向推进器的非定常水动力性能进行了数值预报.采用了关于扰动速度势的基本积分微分方程;并且采用双曲面元以消除面元间的缝隙,在桨叶随边满足压力库塔条件.在计算面元的影响系数时,应用了Morino导出的解析公式.为避免数值求导中的奇异性,用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布.预报了非均匀来流中全方向推进器的非定常水动力性能,并与均匀来流中全方向推进器的非定常水动力性能作了对比.计算结果表明在某些轴向非均匀来流情况下,全方向推进器水动力性能要好于轴向均匀来流时的水动力性能.     

全方向推进器主要参数对其水动力性能的影响

为优化全方向推进器的模型设计,采用面元法分析全方向推进器主要参数的变化对非定常水动力性能的影响.基于螺旋桨面元法理论建立了全方向推进器的非定常水动力性能计算的数学模型,进行了数值预报,采用关于扰动速度势的基本积分微分方程,以双曲面元消除面元间的缝隙,在桨叶随边满足压力Kutta条件.应用Morino解析公式计算面元的影响系数,用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布.分析了全方向推进器主要参数对水动力性能的影响.计算结果表明,周期螺距角的值对全方向推进器的非定常水动力性能起决定性作用.该文的计算结果可以作为下一步试验研究的基础.     

舵球几何参数对螺旋桨水动力性能的影响

为研究舵球几何参数对螺旋桨水动力性能的影响,用面元法计算了螺旋桨-舵-舵球系统的推进性能。采用双曲面元以消除面元间隙,对舵球网格进行加密,螺旋桨弦向和展向采用余弦划分方式。用迭代计算考虑螺旋桨与舵及舵球之间的相互干扰,螺旋桨与舵之间的诱导速度在面元处进行周向平均,将非定常问题转化为定常问题。首先用该程序计算了桨舵系统水动力性能,计算结果与试验值吻合良好。然后对舵球几何参数进行了变尺度计算,结果表明,舵球直径与螺旋桨直径存在最佳匹配值,使得螺旋桨效率最大;舵球长度存在临界值,当舵球长度小于临界值时螺旋桨节能效果增加显著。     

串列布置双转子海流机水动力性能预测

为了预测串列布置双转子海流机(MCT)的水动力性能,采用大涡模拟(LES)和Spalart-Allmaras(SA)单方程湍流模型对单转子海流机在设计工况下的流场进行模拟,分析单转子海流机的水动力性能,与实验结果进行对比验证.结果表明,LES大涡模拟和SA模型都能较好地预测海流机的水动力性能.采用LES方法研究串列布置双转子海流机的水动力性能,获得转子间距对海流机性能的影响规律.结果表明,对于该海流机,在5倍叶轮直径的间距内,处于下游海流机的性能受到较大影响,要保证串列布置的双转子海流机的输出性能,间距须达到30倍的叶轮直径.     

船用螺旋桨作叶轮的高比转数轴流泵的设计原理

循环水槽是近年耒发展起来的船舶力学研究用的新型实验设备,其中驱动水流的轴流泵是水槽的关键.因该泵工作条件是扬程小,流量大,比转数高达3000以上.而轴流泵的定型产品中比转数只有1000左右,根本不能在水槽中使用. 在船工学院新建的循环水槽中,采用导管螺旋桨做轴流泵的叶轮,获得了比转数为3300的轴流泵,克服了上述困难,且效率高达76%.本文介绍将船用螺旋桨用作水泵叶轮时的设计与计算方法:将螺旋桨敞水实验结果通过理论分析转换成水泵设计中所需要的“全特性曲线”,再根据这些曲线完成水泵参数的最优设计.用该法设计的循环水槽用轴流泵已投入使用,实测结果与计算完全符合.     

螺旋桨尾涡面卷曲的数值模拟

采用涡环升力面方法分析螺旋桨水动力性能.螺旋桨尾涡面由双曲四边形面元进行离散,每个面元上布置线性偶极子分布,尾涡面卷曲形状由运动学边界条件来确定.在诱导速度计算中引入了非奇异光滑参数.尾涡面的数值模拟结果是合理的,方法是稳定的.与经验尾涡模型相比,螺旋桨敞水性能的预报精度有所提高,计算结果与试验结果吻合较好.     

三维短翼的水动力性能计算研究

针对以速度势为基本变量的船舶螺旋桨面元理论在计算小展弦比三维短翼的水动力性能精度较差的实际情况,考虑自翼梢面元泄出的自由涡,利用简捷的关于扰动速度势的基本积分方程并结合Morino数值库塔条件、压力库塔条件,建立了考虑自翼梢面元泄出的自由涡的三维短翼水动力数值计算模型,以达到提高三维短翼水动力计算精度的目的.为避免在物面上数值求导,用Yanagizawa方法求得物面上的速度分布并通过Bernoulli方程计算三维短翼的压力分布,以此计算三维短翼的升力系数等宏观量.数值分析表明该模型是有效的.进一步考虑涡的衰减,可较好的模拟翼后的流场.     

拖式吊舱推进器敞水性能研究

根据势流理论,基于面元法建立了一种数值方法,用以研究吊舱推进器的水动力性能.首先建立舱体和螺旋桨表面的积分方程,在舱体和螺旋桨表面布置面元,将积分方程离散为以面元上偶极子强度为未知量的矩阵,用高斯方法求解该矩阵,得到面元上扰动速度势,根据柳泽方法求解舱体和螺旋桨表面的切向速度,进而算出舱体和螺旋桨表面面元上的压力,对压力进行积分后即可分别得到螺旋桨和舱体的受力.舱体和螺旋桨之间的相互干扰通过迭代计算来处理,研究了该方法的收敛过程并给出了舱体对螺旋桨的影响.结果表明,舱体引起的伴流会增大螺旋桨的载荷.     

三体船操纵性水动力的势流理论计算

为了研究三体船操纵特性,采用势流理论有升力三维面元计算方法,计算和分析了三体船斜航下的有关操纵运动水动力.在物体表面和尾涡面上布置均匀涡环网格,通过满足物面边界条件和库塔条件,计算物体对流场的扰动速度,进而确定物体受力并分析其规律,在对NACA0012机翼压强分布和单体船模水动力随漂角变化规律验证的基础上,将所提方法推广至三体船在斜航运动时受到的横向力和转首力矩计算.据计算结果,分析了三体船侧体位置对其斜航下操纵运动水动力和操纵运动特性的影响.研究表明,文中计算结果具有较高的准确性和合理性,所提势流理论三维面元计算方法为三体船操纵运动水动力预报和三体船操纵运动特性分析奠定了基础,具有较高的工程应用价值和很好的工程应用前景.     

全方向推进器定常水动力性能的升力面预报方法

研究了全方向推进器定常水动力性能的升力面预报方法，基于螺旋浆升力面理论建立了全方向推进器的定常水动力性能计算的数学模型，利用有限基本解法对全方向推进器的定常水动力性能进行了数值预报。计算结果同日本水池模型试验结果，升力线方法计算结果对比表明，计算值与试验值吻合良好。     

同时计算多个频率水动力系数值的方法

采用CFD方法计算水动力系数,可以得到形状复杂浮体的水动力系数函数,但效率不高.为了提高CFD方法的计算效率,节省计算时间,提出了一个同时计算多个频率水动力系数值的方法.采用Fluent软件建立数值波浪水池,在水池中央设置一刚性浮体,通过在浮体上施加多个频率的谐波组合位移,辐射兴波引起的浮体上的水压力也具有与位移相同的频率成分.采用Fourier正弦和余弦变换将各频率成分的兴波压力分解开,从而可通过一次CFD计算,得到多个频率下的水动力系数值.最后,对一个共振式波能装置的浮体进行了水动力系数计算,算例结果表明该方法有较高的精度,可以满足工程需求.     

船后桨的布局对螺旋桨水动力性能的影响

为了研究大型水面船舶船桨干扰作用对螺旋桨的水动力性能的影响,探讨船后螺旋桨的布置设计原则,以某大型四桨水面船舶为研究对象,基于RANS( Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法,建立了船桨整体计算模型,重点研究了螺旋桨的相对纵向和横向布置位置的变化对螺旋桨水动力性能的影响.数值计算结果表明:对于四桨船舶,船后螺旋桨的水动力性能对螺旋桨的纵向位置移动不是很敏感,而对螺旋桨横向位置移动则比较敏感,应当尽量避免使同侧两螺旋桨的盘面中心横向距离小于1倍螺旋桨直径.     

自然循环锅炉水动力回路分析法

根据流体力学原理和锅炉水动力计算方法的基本原则,提出了一种可以直接计算自然循环锅炉各循环回路中每根单管水动力特性的自然循环锅炉水动力数值计算新方法,即水动力回路分析法,推导出了基于该方法的各循环回路等效管路图、水动力计算方程组,给出了其数值求解方法.应用该方法对一台自然循环热水锅炉进行了水动力特性计算分析,将计算结果与按照JB/T8659-1997的图解法分析结果进行比较,验证了水动力回路分析法的正确性.采用水动力回路分析法不仅可以提高自然循环热水锅炉水动力计算的可靠性,对保证热水锅炉水动力安全具有重要意义,而且计算效率也得到明显提高.     

非定常拍动翼的水动力性能研究

拍动翼推进方式为水下机器人推进提供了更有效地选择,为了探究拍动翼的水动力性能,采用基于速度势的面元法对非定常拍动翼在特定运动规律下产生的水动力进行了计算,通过与相关实验数据的对比,同时采用计算流体力学FLUENT软件进行了计算并且将结果进行比较,结果的变化趋势一致,最小误差只有11%,充分验证了面元法计算的可靠有效性.通过对拍动翼水动力计算结果的研究,分析了各个运动参数包括来流速度、运动幅值、相位差和运动频率对拍动翼水动力性能的影响.     

不同横摇幅值下浮式立轴叶轮的水动力性能分析

为研究浪流联合环境中浮式立轴水轮机的水动力特性及能量转换效率,本文将浮式垂直轴叶轮在浪流中的运动模拟成均匀流中给定频率的受迫摇荡运动。通过ANSYS-CFX软件的二次开发,建立均匀流场中受迫运动水动力模型,进而计算垂直轴叶轮单自由度横摇运动时的不同横摇幅值下的叶轮推力、侧向力的水动力性能变化。将叶轮的推力系数和侧向力系数的时历曲线用最小二乘法进行拟合,分析得到了水轮机阻尼系数和附加质量系数。数值计算结果表明:横摇运动使得叶轮瞬时载荷产生波动,波动值明显增大;推力中阻尼力比惯性力占比大,侧向力受两者的影响相当。本文的研究对浪流联合作用下浮式潮流能装置水动力特性研究有重要意义。     

螺旋桨性能计算的B样条网格面元法研究

螺旋桨水动力性能的准确预报对避免不良设计所带来振动和噪声,改善螺旋桨性能有着重要的意义.应用低阶速度势面元法建立了预报船舶螺旋桨水动力性能的数值方法,重点对桨叶随边和尾涡面进行研究.鉴于传统网格划分方法的不足,根据螺旋桨表面流场特性,采用B样条网格划分方法对桨叶表面单元进行剖分.文中对原有的等压库塔条件形式进行了改进,在考虑横流影响的前提下,满足随边荷载为零的条件.对计算结果与试验结果进行比较分析,表明将基于B样条的网格划分方法应用于已有的面元法程序中,能够很好地改善计算结果的精度.     

弦向变形相位角对柔性尾鳍影响的水动力研究

以仿生推进系统在海洋开发中的广阔应用为背景,以研究柔性尾鳍水动力性能为目的,探讨了弦向变形相位角对柔性尾鳍推进性能的影响.分别采用非定常面元法和求解RANS方程的方法,计算了摆动仿金枪鱼柔性尾鳍在不同弦向变形相位角下的水动力性能,并同水动力试验结果进行比较.计算结果显示弦向变形相位角对柔性尾鳍水动力系数幅值、相位和尾涡...     

面元法计算桨后舵附推力鳍水动力性能

为了提高船舶的推进性能,达到节能的目的,采用升力面法和基于速度势的面元法分别计算螺旋桨与舵附推力鳍的水动力性能,对影响推力鳍助推性能的几个主要参数进行了变尺度研究.采用双曲面元以消除面元间的缝隙,采用迭代计算来处理螺旋桨与舵附推力鳍的相互干扰.计算了在舵附推力鳍影响下螺旋桨尾流场周向诱导速度沿径向的分布.从理论上说明了推力鳍的助推节能原理,分析了加装舵附推力鳍之后螺旋桨水动力性能的变化.计算结果表明,舵附推力鳍可以吸收螺旋桨尾流场的部分旋转能量产生附加推力,其助推效率可达3%～4%.