舰艇水下腐蚀静电场计算及影响因素仿真分析

为了进一步分析影响舰船电场的不同因素,提高舰艇水下静电场仿真分析中电偶极子建模方法的准确性,研究产生舰艇水下腐蚀静电场的腐蚀电化学原理和特性,从腐蚀电流密度的角度推导船体-螺旋桨电偶腐蚀电流表达式,并利用镜像法求解出了空气海水二层模型下水平和垂直电偶极子电场解析式。建立基于舰艇腐蚀电流电偶极子的电场解析模型,在此基础上利用数值仿真对一中型舰艇水下50 m测线上的电场进行分析。结果表明:在设定变化范围内,船体腐蚀电位、螺旋桨腐蚀电位、船体浸水面积、螺旋桨浸水面积、海水温度、海水电导率对舰艇水下腐蚀静电场的影响程度分别约为29%、23%、53%、82%、30%和67%。仿真结果和电场解析模型可以为进一步研究舰艇水下腐蚀静电场特征及防护方法提供有力的理论支撑。     

外加补偿电流与潜艇腐蚀静电场的函数关系研究

针对潜艇电场防护补偿阳极电流的合理性输出问题,对潜艇模型进行数值仿真计算和数据拟合处理后,提出了一种获得最佳补偿电流输出的方法.该方法以补偿电流为 自变量,船体表面电位、水下静电场为因变量,通过建立补偿电流与船体表面电位、水下静电场的函数关系,得到船体表面电位分布均匀时或水下静电场函数出现极小值时,补偿阳极输出电流即为...     

湍流条件下氧的传质过程对舰船混合电场的影响

为研究航行状态下舰船混合电场的产生机理及变化规律，基于电化学原理及流体动力学相关理论，分析湍流流场、舰船电场等多物理场耦合建模理论基础，结合轴频电场中舰船轴系机械结构等效电路电阻变化规律，最终采用边界元法建立湍流介质条件下潜艇腐蚀混合电场模型，分析不同螺旋桨转速及介质流速下舰船静电场及轴频电场变化规律。结果表明：螺旋桨转速由0 r/s增长至1、2、3、4 r/s时，螺旋桨正下方2B(B为船宽)处舰船混合电场幅值依次增长了66.5%、13%、3.7%、1.19%,且混合电场频率与螺旋桨转速一致。该模型对分析运动状态下舰船电场变化规律提供了理论参考。     

基于混合模型的舰船腐蚀相关静态电、磁场

为研究舰船水下腐蚀相关静态电场、磁场的分布特征,提出了以舰船水下标量电位为线索,对舰船进行混合建模,即将舰船等效为水平电流线和离散三分量电偶极子的组合,通过测量舰船下方某平面上的标量电位分布,对混合模型中的未知结构参量进行拟合,以建好的混合模型为基础对舰船水下腐蚀相关静态电、磁场进行研究.在实验室中模拟海洋环境,利用1∶100船模对建模方法进行了验证,并以建好的混合模型为基础,计算了船模水下腐蚀相关静态电、磁场的分布特征.实验结果表明混合模型结构简洁、实测数据量小、建模计算量小、模型稳定,比较适合用于舰船腐蚀相关静态电、磁场分布特点的研究.     

测量体引起的舰船电场畸变

海上钢质船舶都会散射电流进入海水形成电场,对舰船电场进行探测,可以用于水中对目标进行定位,也可用于远程海洋预警.由于海水是导电介质,运用麦克斯韦方程,在场电位和电流密度法线分量连续的边界条件下,对均匀静电场在水中兵器、电场测量体等实体附近产生的电场畸变进行了分析计算.结果表明,均匀电场在测量体附近的畸变大小主要取决于测量体与舰船的距离、测量体材料和海水的电阻率比、测量体的尺寸.近场时影响非常明显,测量体越大,影响越大.并通过无磁海水水池实验进行了验证.     

腐蚀电场的力学化学耦合模型

为研究弹塑性变形对舰船腐蚀电场的影响,针对船体表面的腐蚀缺陷,利用COMSOL仿真软件中的固体力学和二次电流分布模块建立了腐蚀电场的力学化学耦合模型,使用顺序求解器分别对两个物理场进行求解,将固体力学模块仿真得到的结构应力应变耦合到电极反应的平衡电位和交换电流密度表达式,并以此作为二次电流分布模块的边界条件.研究结果表...     

舰船腐蚀相关轴频电磁场场源建模

为了开展轴频电磁场场源建模研究,根据舰船水下腐蚀相关轴频电磁场信号的产生机理,借鉴极低频发信台的建造原理,提出了以海水、螺旋桨、转动轴、船壳、辅助阳极等形成的闭合回路为线索,对舰船进行电流环建模,即将轴频电磁场场源等效为由转动轴作弦与趋肤深度相关的曲线组成的闭合曲线。进行了验证试验,试验结果表明:腐蚀相关轴频电磁场场源不仅是辅助阳极和螺旋桨之间的电流线,还包括海水中分布的空间电流;基于电流环模型的轴频电磁场产生机理模型与试验结果具有很好的一致性,该模型为轴频电磁场建模及传播规律研究提供了一个新的思路和方法。     

基于电偶极子模型的舰船静电场深度换算

为实现舰船静态电场的深度换算,给出了空气—海水—海床3层模型中电偶极子在海水中产生的电场强度解析式,并进行了数值仿真;基于电偶极子模型对舰船静态电场进行了建模,根据以往的舰船电场换算实例进行了验证.实验结果表明：可由水下标准测量面电场强度实时换算得到较大深度的电场各分量;实测数据与仿真结果两者吻合较好,显示了舰船静态电场深度换算方法的有效性.该模型需要的参数少、计算量小,能够实现电场的实时换算.     

基于随机过程理论的舰船结构时变可靠性分析

针对疲劳和腐蚀对舰船结构强度的影响,提出一种结构时变可靠性的评估方法.根据舰船在服役期间的载荷环境特点,采用断裂力学及一般腐蚀原理,研究了其在疲劳和腐蚀作用下总纵强度随时间的变化,基于随机过程理论,建立了船体梁截面模量的随机时变模型.然后应用上穿率分析,结合并联系统的可靠性分析方法对舰船结构的时变可靠性进行了计算和分析.该分析方法既能体现疲劳和腐蚀因素导致的船体梁可靠性的时间连续性,又避免了数值积分,因此简单可行.通过算例与年度瞬时可靠性进行比较,表明该方法能更精确地预测在役舰船的时变可靠度从而为服役舰船的可靠性、维修性、保障性决策提供参考.     

埋地燃气管道牺牲阳极阴极保护法的改进

分析我国城镇埋地燃气管道的腐蚀原理,介绍阴极保护在城镇燃气管道防腐中的应用,从测试桩结构的改进、阳极布局原则的调整和测试桩布局原则的调整三个方面阐述了对牺牲阳极阴极保护法的改进。对埋地燃气管道的腐蚀防护有一定的借鉴作用。     

减振器安装位置对钻柱纵向振动影响的研究

从2004年至2005年初,在塔里木油田共发生了6起石油减振器断裂失效事故,其中花键筒母扣根部断裂占了4起,油缸母扣根部断裂1起,芯轴断裂1起.针对上述事故,通过研究建立减振器安装位置不受限制、钻杆和钻铤长度可任意变化的整体钻柱纵向振动分析数学模型,确定了该模型的计算方法;拟定出计算用钻具组合及计算用井深;由计算机模拟分析得到在不同转速和减振器在不同安装位置情况下的计算值,由此得出结论:减振器安装在钻头上方不同的位置,可达到不同的减振效果和变化的钻头破岩冲击动载,进而确定出减振器的最佳安装位置;减振器安装在最佳位置,减振效果将提高几倍至十几倍,同时在不加大钻压的情况下可提高钻头的破岩能力.减振器最佳安装位置的钻柱新组合在塔里木油田大北3井现场试验获得成功,表明其研究具有广阔的应用前景.     

Design and implementation of model test installation of heave compensation system of deepsea mining

In order to validate the simulation model and develop heave compensation control strategy,heave compensation model tests were performed.The model test installation includes themining ship motion simulator,the heave compensation system,the lifting pipe simulator,the buffer simulator and the water pool.The tests ofmining ship motion simulator show that it is able to perform under the predetermined attitude path smoothly and can meet the requirements of themining ship motions.The heave compensation effect is m...     

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.     

500 kV直流电阻标准分压器迭代正交实验设计

针对安装均压环可以提高分压器的测量精度,但其尺寸和安装位置的不同会直接影响电场畸变效果的问题,搭建了500 kV直流电阻标准分压器有限元模型,并基于迭代正交实验法分析不同尺寸和安装位置的均压环对直流电阻标准分压器周围电场分布的影响.计算出均压环圆心到地面的距离、内环半径、圆心到对称轴的距离等最优尺寸与最佳安装位置.结果表明,迭代算法使分压器周围的最大电场强度从4 212. 5 V/mm降低到820. 719 V/mm.     

减摇水舱相关参数变化对减摇影响的研究

在被动式减摇水舱的几何尺度确定之后,它的减摇效果主要取决于垂直位置的布置、边舱液位高度和阻尼系数等参数的选取.利用我校研制的船舶减摇水舱试验台架进行了水舱不同垂直位置布置、不同边舱液位高度及不同的阻尼板开度的强迫振荡试验.试验结果表明,垂直位置布置和阻尼系数的变化对被动式减摇水舱的减摇性能影响较大,而边舱液位高度的变化对减摇效果的影响不大.水舱垂直位置布置应高于船舶横摇中心,阻尼板开度应为2/5～3/5.因此在设计和使用减摇水舱的过程中,应该重点注意减摇水舱垂直位置的布置和阻尼系数的选择.     

碳纳米墙场发射冷阴极电场性质研究

利用静电场理论求解拉普拉斯方程,给出了碳纳米墙冷阴极的电势分布。根据电势和场强的梯度关系得到场强分布,发现在碳纳米墙顶端附近场强相对背景场有较大增强;在与碳纳米墙垂直方向上,场强较迅速地恢复为背景场;纳米墙顶端至阳极方向上,场强随场点与碳纳米墙的顶端距离的增大而迅速减小至一个固定值;纳米墙越高,场增强因子越大,尖端效应越明显,所得结论为碳纳米墙或碳纳米管作场发射材料提供了理论参考。     

3 kA钕电解槽磁场的研究

采用划分若干电流元的方法对3kA钕电解槽磁场进行了研究，结果表明，该电解槽磁场只存在圆周方向分量，轴向和径向分量均为零，磁场主要由电极电流产生，熔体电流的作用不大，该电解槽电极之间的磁感应强度最大，电极以外的区，由于阳极筒的屏蔽作用，磁感应强度显著减弱，已接近于零，这说明，在周期小磁场强度下，不考虑铁磁物质（槽壳）对磁场的影响是完全可行的。