三维薄翼入水水动力的计算

本文提供了一个计算三维薄翼高速入水水动力性能的非定常数值升力面方法。假设薄翼高速入水时,翼的背面为全空泡状态,当翼的随边进入液面后,此空泡域按一定的方向拖至自由液面。在翼的拱弧面上布置线涡和线源,在翼后空泡面上布置线源,所有的奇点系在自由液面上方存在映象以满足自由液面条件。根据翼迎流面的法向不可穿透条件和翼背面及翼后空泡面上的空泡动力学条件确定所有待定线涡和线源的强度,并由此可以计算各时刻翼上压力分布。利用本文提供的方法首先计算了二维薄翼入水的水动力性能,将结果与理论解进行比较,两者结果较为一致。然后,研究了三维薄翼的入水问题。     

温度对液氢绕水翼非定常空泡流影响的数值研究

该文基于均质多相流理论,采用RNG k-模型和修正系数Zwart空化模型对液氢绕NACA0015水翼非定常空化流动进行数值模拟。模拟了非定常空泡云的生长、断裂、涡状空化团脱落和破裂的周期性过程,模拟中考虑了热力学效应,并分析了温度对空泡流场特性的影响。研究结果表明:在相同空化数和来流速度下,空泡周期随温度增高而变长,升、阻力系数的波动周期随温度增高而增加,但其时均值的随温度增高而减小。     

模拟自由面影响的涡格方法

基于涡格法来计算自由面影响下的水下航行体或螺旋桨水动力性能。水下航行体、螺旋桨以及自由面均采用涡格来表达,航行体涡格布置在真实物面上,桨叶涡格布置在拱弧面上,自由面涡格布置在静水面上方合适的距离处。通过奇点系的诱导速度来模拟物体与自由面的相互作用,在物面(或螺旋桨拱弧面)上满足不可穿透条件及在静水面上满足线性自由面条件,建立关于涡强的线性方程组并联立求解。通过球体、水翼及螺旋桨等算例考察了该方法的收敛性和精度,并讨论了进速和沉深对螺旋桨水动力性能的影响。     

重叠网格技术下振荡水翼的水动力特性

为研究运动参数对于振荡水翼在潮流中获能效率的影响,给出水翼高获能效率时的运动参数分布规律,提高振荡翼式潮流能发电装置的获能效率。基于重叠网格技术建立了振荡水翼的数值计算模型,并对网格的有效性进行了验证,通过改变水翼的折算频率f*、摆角幅值θ₀、升沉振幅h₀等运动参数,对二维振荡水翼的水动力特性及相应的获能效率进行了研究,分析了涡脱落对水翼运动过程中获能效率的影响;同时研究了双翼之间形成翼地效应时的压力分布,分析了该情况时水翼的水动力特性以及翼地效应对获能效率的影响。结果表明:合理规划振荡水翼的折算频率、摆角幅值、升沉振幅、转轴位置等参数均可以提高水翼的能量捕获效率;水翼在振荡运动过程中,涡脱落的产生将会影响到水翼的获能效率;平行对称双水翼之间的翼地效应会使双翼之间的流域形成高压区,提高水翼升力;增加的升阻比有利于提高水翼的能量捕获效率,在双翼最小间距缩小时,水翼的获能效率会因地面效应作用的增强而提高。     

摆动水翼的摆动方式对水体推进影响分析北大核心CSCD

小河道流域水体流通性差,自净能力低,而传统泵站在超低扬程工况下存在运行效率低、振动大、噪声强等一系列问题。为解决小河道需求适宜水动力问题,本文研究摆动水翼三种摆动方式的水体推进性能,建立摆动水翼计算模型,结合Realizable k-ε湍流模型与动网格技术进行数值计算,并对水体推进效果较好的摆动方式进行实验研究。结果表明:方式三始终产生推力,方式一和方式二既产生推力,也产生阻力;涡的形成与演变是水体推进性能影响的关键因素;方式三的推进效率及泵效率均显著高于方式一和方式二;在固定频率下,方式三中流量约为490 L·s^(-1)扬程约为0.0281 m时,最大效率约为34.1%,远高于方式一、方式二的8.6%、9.4%。摆动水翼进行水体推进有着扬程低、流量大等优点,应用于小河道流域有着独特优势。     

水翼法推进机理及操纵技术研究

研究了水翼法推进机理和操纵技术。通过海龟运动实时状态监测,分析了水翼法推进运动特性,从水动力、流场等角度探讨了水翼法推进机理和多元协调操纵方式,建立了水翼推进水动力表达式。为研究水翼运动时流场演变及作用机理,利用Fluent软件进行了水翼运动流体动力学数值模拟,分析了流场和水翼几何参数的变化对推进作用的影响,得出了水翼运动轨迹的形态特征。研制了模块化仿水翼推进载体,进行了载体运动性能试验研究,探讨了载体运动的操纵技术。试验结果验证了水翼法推进的可实现性和仿水翼操纵技术的可行性。     

绕振动水翼空化发展及水动力学特性研究

采用FBM湍流模型和Zwart空化模型对绕NACA0015型振动水翼的非定常空化流场进行了数值模拟,分析了处于不同的振动条件下、不同空化数的水翼周围空化现象的发展过程,并对水翼振动过程中的水动力特性与流场结构变化做出分析,结果表明：前缘涡对片空化发展的影响较大,前缘涡的存在会使空穴尾缘靠近翼型壁面侧出现反向射流,由于反向射流,片空穴的形状尺寸将会在一定范围内波动。在前缘涡与尾缘涡的相互作用下,反向射流沿翼型表面向其前缘移动,最终使前缘处附着的空穴发生剪切而断裂成两部分,并使依旧附着在水翼表面的空穴主体部分的发展速度减缓。振动水翼由于前缘涡与大尺度空穴的分离脱落导致了翼型水动力曲线出现波动,这是影响水翼水动力特性的主要因素。     

Experimental Observations of Cavitating Flows Around a Hydrofoil

The cavitation around a hydrofoil is studied experimentally to shed light on the multiphase fluid dynamics. Different cavitation regimes are studied by using high speed visualization and particle image velocimetry(PIV). As decreasing the cavitation number, four cavitating flow regimes are observed: incipient cavitation, sheet cavitation, cloud cavitation, and supercavitation. From the incipient cavitation to the cloud cavitation, bubbles become more and more. Phenomena with large-scale vortex structure and rear re-entrant jet associated with the cloud cavitation, and subsequent development in the supercavitation are described. The velocity in the cavitation regions in the different cavitation conditions is low compared to that of the free stream. The large velocity gradient is also observed in the cavitating flow region near the surface of the hydrofoil.