复杂外形潜水器旋转水动力的计算

复杂外形的潜水器动力学模型是高度非线性且耦合的,很难精确建立.为提高潜水器艏向控制性能,通过计算流体力学(CFD)方法来计算复杂外形无人遥控潜水器(ROV)在回转过程中所受的阻尼力/力矩,以获取回转运动的水动力系数,从而提高回转动力学建模精度.从如下两个方面对现有方法进行了改进:(1)采用重叠网格方法替代动网格方法,解决网格运动过程中质量下降的问题,避免了网格单元出现负体积;(2)结合移动参考坐标系和重叠网格两种方法求解ROV的旋转水动力,可加快收敛速度,提高重叠网格非稳态计算的可信度.采用由CFD计算得到的水动力系数构建ROV的动力学模型并基于该模型进行回转控制数值模拟,计算结果与ROV在水池中的回转控制实验结果吻合较好,从而间接验证了所提方法的有效性.     

潜艇稳定回转水动力的数值仿真分析

基于计算流体动力学(CFD)和结构化网格,应用通用软件FLUENT数值求解不可压缩RANS方程.采用定常旋转坐标系,对在Re=6.5×106不同漂角条件下预报潜艇做单平面回转运动的水动力.对比试验数据表明,力和力矩预报精度误差在工程允许误差范围内,符合工程实用条件.     

无监督学习的潜艇模型智能简化策略

针对潜艇运动方程复杂、耦合性强,水动力系数测量周期长等问题,引入了水动力系数敏感性指数,量化水动力系数对潜艇姿态的影响程度。在简化传统直接阈值法的基础上,提出了基于无监督学习K-means聚类的阈值聚类法。利用9个特征参数简化潜艇运动方程。研究结果表明:在简化项数相同时,阈值聚类法的特征参数中,除战术回转直径外,其余8个特征参数的误差均小于或者等于直接阈值法,且阈值聚类法的最大误差为3.850%,最小误差仅为0.008 3%。     

拖式与推式吊舱推进器水动力性能数值仿真及对比

为研究吊舱推进器在直航和回转工况下的推进性能,通过RANS方法结合标准k-ε湍流模型对拖式与推式吊舱推进器在不同工况下的水动力性能进行对比分析.分别计算拖式与推式吊舱推进器直航与回转工况下的推力系数与转矩系数,并与试验结果进行对比以验证数值计算的准确性.直航工况推进特性曲线、回转工况的推力系数与转矩系数曲线对比结果表明,数值计算可以准确预报吊舱推进器的水动力性能.根据该模型计算了斜流工况时两种推进器的推力、转矩系数以及轴向力和侧向力系数随角度的变化规律.结果表明,本文提出的水动力模型可以准确预报不同工况下吊舱推进器的水动力性能.     

大攻角情况下破损进水潜艇水下机动性

在美国泰勒海军舰船研究与发展中心发布的潜艇6自由度空间运动方程基础之上,结合潜艇大攻角及螺旋桨变负荷水动力试验研究,考虑大攻角对于潜艇水动力系数的影响,建立了改进的潜艇空间运动模型.分析了潜艇出现大攻角运动的时机,并运用改进的潜艇运动方程仿真计算,研究讨论了破损进水潜艇的水下机动性.改进后的运动方程对于潜艇应急挽回机动过程显示出良好的适用性.     

基于CFD方法的船体下水水动力分析

为给船体下水提供水动力参数,采用计算流体动力学(CFD)方法对船体从船台上纵向重力式下水过程进行动力学分析.计算每一时刻的流场压强和船体所受水作用力(矩),并通过求解船体运动方程获得船体运动的速度和滑程.数值预报结果与经验公式以及试验比较均表明,该方法计算所得运动参数与试验偏差较小,可满足工程精度要求.     

典型外飘剖面有限水域入水砰击分析

针对大外飘船艏结构的砰击压力特性,应用重叠网格法对结构入水砰击过程进行仿真研究.分别讨论了当外飘结构底部为尖底形或球鼻艏形时,结构质量、入水初速度和流域宽度对砰击压力特性和入水速度的影响.另外,分析了限制流域宽度带来的侧壁面效应对外飘结构发生入水砰击时的自由液面抬升、水下压力分布的影响,对外飘砰击压力预报以及船艏结构优化具有一定参考意义和价值.     

吊舱推进器定常水动力性能

采用CFD方法对吊舱推进器黏流水动力问题进行了数值研究.基于混合面方法,在均匀来流情况下,数值预报吊舱推进器定常水动力特性,获得其推力系数、转矩系数等水动力性能参数.以单桨拖式吊舱推进器为例,与试验结果对比,获得了很好的预报精度,能够为工程实际应用以及优化设计提供可靠的流动信息.     

水动力系数对潜艇运动响应的影响

潜艇的标准空间运动方程中有近一百个水动力系数,这是研究操纵性的主要依据。为了便于进行操纵性能的估算和水动力系数的测定,有必要将水动力系数,按其对潜艇运动响应的影响程度、划分成A、B、C、D、E类。本文以某深潜救生艇为具体研究对象,取该艇在水平面和垂直面中,Z形操纵时的超越和快速响应作为特征,来比较诸水动力系数的影响程度,从而阐明了水动力系数分类的一般原则和方法。最后,在本文末列有由数字计算机计算出的结果和部分曲线。     

螺旋桨负荷系数对潜艇操纵运动的影响

论述了螺旋桨负荷系数对潜艇操纵运动的影响．通过分析试验数据,获得了螺旋桨负荷系数对潜艇水动力的改进数学模型．应用这一数学模型,对潜艇在螺旋桨变负荷情况下的大机动运动特性进行了分析,计算表明螺旋桨负荷系数对这类机动具有明显的影响．     

回转状态下导管螺旋桨水动力特性实用数值模拟方法

以数值模拟手段研究作为水下机器人主要姿态与轨迹控制机构的导管螺旋桨在回转状态下的水动力特性。首先根据所要计算的导管螺旋桨的几何要素构造导管和螺旋桨的三维几何模型,在此基础上采用动网格技术以计算流体力学方法借助计算流体力学软件Fluent,采用有限体积法在导管和螺旋桨所在的流域内求解其N-S方程以此对在作回转运动的水下机器人流场作用下导管螺旋桨以一定转速和一定来流方向下所产生的推力特性进行数值模拟分析,观察在水下机器人主体流场干扰下螺旋桨推进器的水动力现象。为验证所采用的预测导管螺旋桨水动力特性数值方法的有效性,在Ka 4-70/19A标准导管螺旋桨已有实验数据的基础上,将数值模拟结果与试验结果进行比较,对比结果表明本文所采用的数值方法是可靠的。     

静水中高速艇纵向运动数值模拟

为准确估算高速艇在静水中航行的水动力性能,以某高速艇为研究对象,基于CFD（Computational Fluid Dynamics）技术,应用切割体网格和重叠网格、两相流、VOF模型、6-DOF模型等物理模型和k－ε湍流模型,对静水中高速艇升沉、纵摇耦合运动进行数值模拟,分析了高速艇阻力随航速变化及运动过程中纵倾角度和重心位置的变化情况,并将计算结果与船模实验值进行了比较,以证明高速艇纵向运动水动力性能数值模拟方法的可行性和准确性.     

抽油机井杆管环空瞬态流场煤粉颗粒排出研究

对具有周期性运动边界的抽油机井杆管环空的瞬态固液两相流问题,提出采用动网格技术处理边界和流场内部网格节点运动的方法,保证较高的网格质量作为数值求解流场的前提;建立基于动网格技术的煤粉颗粒和水的固液两相流数学模型,采用基于非结构网格的SIMPLEC算法求解非稳态流场,得到煤粉颗粒瞬态的速度和浓度分布,进而求得杆管环空煤粉的质量流量及不同工况下煤粉颗粒的排出量,并通过排煤粉试验验证了数值计算的准确性。结果表明:抽油杆的往复运动对杆管环空流场产生的扰动作用,使得相同排量不同冲程冲次的抽油机井杆管环空的煤粉排出量不同;排量越小,煤粉粒径越大,煤粉排出量的差异就越大,最大相差达29%。     

新型浮式钻井生产储油平台涡激运动数值模拟及试验研究

利用数值模拟方法对浮式钻井生产储油平台(Floating Drilling Production Storage Offloading,FDPSO)涡激运动特性开展了研究.采用雷诺平均法求解Navier-Stokes(N-S)方程,运用DES(Detached Eddy Simulation)湍流模型及CFD(Computational Fluid Dynamics)动网格方法对FDPSO平台的涡激运动流场特性进行了模拟;同时采用1∶80的缩尺比物理模型,在上海交通大学海洋工程国家重点实验室的海洋工程水池中进行了模型试验研究.试验考虑了系泊系统以及平台不同自由度之间耦合作用对平台涡激运动的影响,并将数值模拟和模型试验结果进行对比,分析了新型多立柱浮式钻井平台流向和横向涡激运动时间历程、频谱特性、锁定现象等以揭示其涡激运动的内在机理,为该型平台的设计提供借鉴和参考.     

液力偶合器两相流动的研究

应用先进的CFD平台的滑动网格法与混合模型对液力偶合器部分充液的两相流场进行数值模拟计算和分析,得到偶合器部分充液时内部速度和压力分布以及不同充液率下流场结构的变化。基于速度、压力数值解计算了液力偶合器叶轮转矩和不同充液率下液力偶合器的原始特性。将性能预测结果与实验结果进行对比分析,结果表明,数值模拟计算结果与实验结果吻合较好,从而验证了数值模拟方法的正确性。     

频域内海洋资料浮标水动力特性的仿真研究

为研究海洋资料浮标的水动力特性,建立了频域内的运动微分方程,并基于势流理论,仿真了浮标模型在波浪中的运动,与模型水池试验结果进行比较,发现在共振区域内仿真结果的误差较大。为提高仿真精度,利用模型的横摇衰减试验,获得了浮标模型的阻尼系数,并对仿真模型的阻尼矩阵进行修正。修正后的仿真结果与试验结果对比,仿真精度大为提高,平均误差不超过3%,满足工程应用的要求。     

船舶反弯扭螺旋桨水力特性的数值模拟与分析

运用计算流体力学方法(CFD)对船舶反弯扭螺旋桨的水力特性进行数值模拟计算,获得了螺旋桨的推力系数、扭矩系数及敞水效率等水力特性参数,与试验结果进行了比较,两者吻合良好.模拟计算提供了详细的三维流场分布,可对反弯扭桨叶的工作特性和叶梢涡、尾涡及气蚀的分布状态进行深入的分析.在叶面邻近区域采用层叠式的半结构网格以适应边界层的计算要求,在边界层外的流动区域采用非结构网格,取得了较高的计算精度.     

基于HALRTC理论的短时交通流预测算法

针对目前短时交通流预测算法多考虑交通流的低维信息特征,导致无法满足预测精准度要求等问题,引入高精度低秩张量填充理论（HALRTC）,构建基于周、天、时段等多时间维度的动态张量模型,设计了一种融合高维交通流特征的短时交通流预测算法,并以京港澳高速公路杜家坎路段交通流速度数据为例进行实证验证。研究结果显示,算法能够基于较少历史数据较快达到良好预测效果,可有效实现针对工作日与非工作日的交通流预测,平均绝对误差（MAE）平均值约为3.6%,并能及时跟踪交通流波动性。在缺失数据情况下,所提出算法预测精度随数据缺失比例增大而降低,但相较于3种经典预测算法可表现出更好的预测精度。     

附着空化流动下离心泵水力性能数值预测

采用改进的空化模型和算法，同时耦合黏性Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程求解技术，对空化流动条件下离心泵的水力性能进行了数值预测研究．采用具有试验数据的拱形头部圆柱体空化绕流考核了所提出的空化模型和算法的准确性和可靠性．采用数值方法研究了不同流量系数下离心泵水力性能与空化系数之间的关系，预测了空化系数对离心泵叶轮表面附着空化气泡形状的影响．数值结果表明，在相同的流量系数下，存在着临界空化系数，在临界空化系数时离心泵的水力性能突然下降，空化系数越小，离心泵叶轮表面的附着空化空腔越大，同时造成水力性能下降的越快．研究结果证明了所提出的空化模型和算法能够应用干水力流体机械宅化流动时的性能预测。