颗粒与高频感应热等离子体流相互作用的数值研究

通过颗粒对等离子体反影响的研究，可以有效控制颗粒在等离子体中的运动轨迹及其在高温区的停留时间，达到对颗粒有效加工的目的。本文通过对高频感应热等离子体流温度场与速度场和颗粒运动轨迹与加热过程进行选代计算，给出了颗粒加热与加速对高频感应热等离子体流反影响的一些数值模拟结果     

数值模拟波浪翻越直立方柱

本文应用ＶＯＦ方法研究了孤立波翻越直立方柱流动的全过程。用人工压缩法和差分法求解二维Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，用施主－受主法求解流体体积函数控制方程。通过数值计算得到了孤立波翻越直立方柱的流场和压力值，并成功地模拟出波浪涌顶，水柱喷射，冲击和界面破碎的过程。     

大挤压比制备高强Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的显微组织及强韧化机理

通过大挤压比热挤压工艺制备出含有长周期堆垛有序(LPSO)相的高强塑性Mg-8.34Gd-2.32Y-1.04Zn-0.07Zr合金。通过金相显微镜、EBSD、TEM等显微检测方法及数学模型研究了合金显微组织与力学性能之间的关系。结果表明,合金经热挤压后形成了双峰结构,在时效处理后同时存在14H-LPSO相和β′析出相。合金获得了较好的力学性能,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到463.1 MPa,392.6 MPa和13.3%。合金屈服强度以细晶强化、析出强化和固溶强化的贡献为主。高占比的细小再结晶晶粒、弱织构以及LPSO相的存在对合金塑性的提升有重要作用。     

含Nb中碳钢加热过程中的奥氏体晶粒长大规律

研究了加热温度(1000～ 1250℃)和保温时间(0.5～3.0 h)对一种高Si含Nb中碳钢奥氏体晶粒尺寸变化的影响.结果表明,随保温时间延长,加热温度低于1150℃,奥氏体晶粒尺寸增长缓慢;在1150℃以上温度加热,奥氏体晶粒长大趋势显著增加.通过对试验数据进行非线性回归建立了试验钢奥氏体晶粒长大规律的数学模型,模型的计算结果与实测值吻合很好.     

MPS方法数值模拟土石坝溃决流动

土石坝溃决流动一般为逐渐溃坝流动,对逐渐溃坝流动进行数值模拟分析有重要现实意义。该文使用自主开发的无网格粒子法求解器MLParticle-SJTU,对土石坝溃决的逐渐溃坝流动进行了数值模拟。首先建立了溃坝过程中坝体高度随时间变化的模型,在此基础上引入MPS方法,计算了溃坝过程中的流动形态以及流量,计算结果与其他研究者的模拟结果相吻合。此外,还采用二维模型计算考察了溃坝时间对溃坝水流流动形态及壁面砰击压力的影响,并对其中几个工况进行了三维模拟。     

毂帽鳍节能原理的CFD分析

随着绿色船舶理念的逐渐兴起,船舶水动力节能技术日益成为研究的热点。毂帽鳍是一种用于提升船舶螺旋桨推进效率的水动力节能装置,能够打散螺旋桨的毂涡,消除螺旋桨毂帽后端的低压区,是一种通过回收螺旋桨叶根部旋转尾流的能量从而达到节能目的的节能装置,因其具有良好的节能收益、成本低和施工方便等优点而受到了广泛的应用。传统上,主要采用模型试验的方法进行研究,但有着成本高、周期长等不足。随着计算机技术的发展,计算流体力学(CFD)越来越多地应用于节能装置的研究上。该文使用CFD开源的代码工具OpenFOAM对毂帽鳍的水动力性能进行了预报,计算中采用滑移网格技术进行流场的计算。通过对比有无毂帽鳍的两种情形下螺旋桨敞水特性,发现毂帽鳍能够有效地改善螺旋桨后尾流场,从而提升螺旋桨的推力,降低螺旋桨的扭矩,起到了明显的节能作用。     

基于CFD方法对波浪中FLNG分段液舱晃荡耦合运动的研究

作为液化天然气运输船,FLNG船在世界范围内引起广泛关注。在FLNG载液运输的过程中,船体会受复杂海洋环境影响产生摇晃,船体运动会带动液舱内液体产生晃荡,同时这种晃荡现象反过来也会与船体运动产生耦合作用。由于船舶运动与液舱内液体晃荡耦合作用的重要性,该问题十分具有研究价值。该文主要应用CFD方法,同时对液舱内部与外部流场进行模拟。对规则波中带双液舱FLNG分段的液舱晃荡耦合运动问题进行研究。该文应用的求解器是课题组基于Open FOAM自行开发的海洋工程水动力学求解器naoe-FOAM-SJTU。首先对空舱FLNG分段在不同频率规则波中的横摇运动进行模拟,并与文献结果进行对比,验证了求解器的准确性。接着针对液舱充液率24.3%的情况,对分段在不同波浪频率下的运动情况进行计算研究。在比对参考文献后,发现该文求解器的模拟结果比文献中的势流计算结果更加贴近文献中给出的物理实验结果。随后,研究在波浪频率相同时,五种不同充液率情况对FLNG分段液舱晃荡耦合运动的影响,并分析FLNG分段内外壁所受力矩相位差对耦合运动幅值造成的影响。最后将上述工况的波高增大一倍,再次研究在不同充液率下FLNG分段耦合运动受不同波陡的波浪的影响情况及规律。研究结果表明,naoe-FOAM-SJTU求解器可以有效模拟波浪环境下液舱晃荡-船体运动耦合问题,并可以对整个流场进行可视化展示与分析,从多角度分析这一复杂现象的机理。     

Numerical computations of resistance of high speed catamaran in calm water

In this paper, the in-house multifunction solver naoe-FOAM-SJTU is applied to study the resistance and wave-making performance of a high-speed catamaran sailing at different velocity in calm water. The volume of fluid（VOF） method is used to capture the free interface and the finite volume method（FVM） is adopted as the discretization scheme. The hull model is fixed with initial trim and sinkage. The numerical results of the presented paper agree very well with the measurement data of model test. Wave making and vortex field are well simulated to analyze the hydrodynamic performance of a catamaran.     

水平圆柱形点吸式波浪能发电装置运动响应数值模拟

研究点吸式波浪能装置的水动力学特性是研究波浪能装置的重点。该文应用基于开源CFD软件OpenFOAM自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,研究水平圆柱形点吸式波浪能发电装置的运动响应和能量吸收特性。对无阻尼浮子在波浪中的响应进行模拟,并与实验结果进行对比,验证了数值方法的可行性。对单圆柱和双圆柱在波浪中的位移响应和能量吸收功率进行了计算和分析。结果显示:在一定周期范围内,有阻尼单圆柱运动幅值随波浪周期的增加而增加,能量转换效率随周期的增加而降低;双圆柱运动和能量响应呈现一定的周期性特点,通过合理布置可以有效提高系统整体能量吸收效率。     

船舶在迎浪中运动响应和波浪增阻的RANS数值模拟

该文利用naoe-FOAM-SJTU求解器计算分析了Wigley Ⅲ型船模在迎浪中的运动响应.naoe-FOAM-SJTU求解器是基于开源代码OpenFOAM工具箱和数据结构,专门面向船舶与海洋工程复杂水动力学问题而开发的求解器.采用的控制方程为RANS方程,用有限体积法进行离散,采用VOF方法和动网格方法分别处理两相流界面和船体运动,运动响应是通过求解六自由度刚体运动方程得到.计算算例为三个航速和不同波长下Wigley Ⅲ型船模垂荡和纵摇的运动响应,以及波浪增阻,计算结果和试验值吻合较好.此外,还计算了Wigley Ⅲ型船模大幅度运动的算例,用于验证naoe-FOAM-SJTU求解器处理强非线性问题的能力,在该算例中,观察到了明显的非线性特征和严重的甲板上浪现象.