复合材料螺旋桨非定常流固耦合特性数值分析

针对船用复合材料螺旋桨在非均匀流中的水弹性问题,采用雷诺平均纳维-斯托克斯方法(RANS)和有限元方法(FEM)分别求解螺旋桨流场和结构场,并结合滑移网格和动网格技术,建立了船用复合材料螺旋桨双向瞬态流固耦合计算方法.以DTMB4381桨为对象,采用ANSYS ACP构建复合材料桨有限元模型,计算了正交各向异性碳纤维复合材料(CFP)桨在均匀流场和非均匀流场中的水动力性能和结构响应.研究表明:CFP桨的流固耦合效应较小,在均匀流中具有与刚性桨基本相当的水动力性能;CFP桨在非均匀流中桨叶结构响应(位移、速度和加速度)在高伴流区域、叶梢和导边区域较大,变化也更为剧烈.     

基于面元法的舵球鳍组合节能装置理论

根据桨舵干扰思想,采用以速度势为基础的低阶面元法计算了均匀流中的螺旋桨与舵 舵球 鳍系统相互干扰的定常水动力性能,比较了普通舵及加装舵球、舵球鳍的舵的节能效果,并对影响舵球鳍节能效果的主要参数(舵球尺寸、鳍片尺寸和安装角度)进行了变尺度计算与分析. 计算结果表明,舵球鳍节能效果较舵球为佳,并具有节能效果最佳的尺寸及安装角度.     

用非定常面元法预报拖式吊舱螺旋桨水动力性能

用非定常面元法对拖式吊舱推进器的水动力性能进行求解,吊舱和螺旋桨的相互干扰通过诱导速度迭代处理.与将相互诱导速度在周向上进行平均的处理方法相比,文中的方法真实考虑了螺旋桨和吊舱相互影响的非定常性.为了节省计算时间和存储空间,对螺旋桨的求解只在主叶上进行.结果表明,该方法能够对吊舱推进器在均匀来流和在非均匀来流中的水动力性能进行计算.将敞水条件下的计算结果同试验结果进行了比较,两者有较好的一致性.     

舵的布置对螺旋桨水动力性能的影响

为了研究大型水面船舶船-桨-舵干扰作用,探讨舵的布置设计原则,以某大型四桨两舵水面船舶为研究对象,采用雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方法,基于滑移网格模型,建立了不考虑自由液面效应的船-桨-舵整体数值模拟计算模型,重点研究了舵的位置变化对螺旋桨水动力性能的影响.数值计算结果表明：对于四桨外旋船舶,外前桨的水动力性能对舵的横向和纵向位置移动不是很敏感,而内后桨则比较敏感;在一定范围内,内后桨的推力系数和扭矩系数随舵与船体中纵剖面的横向距离和纵向距离增大而减小.     

襟翼舵的敞水及桨后水动力性能研究

采用面元法对螺旋桨与襟翼舵相互干扰水动力性能进行计算,两者之间的相互干扰采用迭代处理.计算了敞水中襟翼舵与普通舵的法向力系数,并与试验值进行了比较.敞水计算结果显示,与普通舵相比,襟翼舵的法向力系数有了较大的提高,同时襟翼舵的转舵比对于襟翼舵水动力性能的影响比较大.在敞水襟翼舵的基础上,计算了螺旋桨与襟翼舵相互干扰的水动力性能.与敞水襟翼舵相比,桨后襟翼舵在相同舵角的情况下,法向力系数增大,但增加的幅度不同.还计算了襟翼舵在转舵比为1/4、进速系数为0.5时襟翼舵某剖面在敞水及桨后的表面压力系数分布情况.     

对转桨非定常水动力性能的数值分析

基于速度势的面元法预报了对转桨的非定常水动力性能,采用周向平均的方法处理转桨的两桨之间的干扰.首先通过将定常计算值与文献值进行比较验证算法的可靠性.然后,进一步分析了对转桨的非定常水动力性能,并将计算值与实验值和文献值相比较.结果显示:非定常结果与文献值非常接近,而且在加入伴流场后,非定常计算值比定常计算值的精度更高.计算了对转桨不同方向上的非定常力和力矩,分析表明该方法在计算对转桨水动力性能方面有一定适用性.     

船舶操纵粘性流求解器的开发与应用

介绍了基于求解雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方程的分区网格船舶操纵粘性流求解器,以及应用该求解器计算船舶操纵相关的粘性流动与水动力的研究工作.计算了舵的粘性流场和水动力,所预报的舵升力曲线和阻力曲线在舵角未达到失速角前,与现有的试验和计算结果符合良好,所预报的舵失速角稍偏小.还计算了6∶1椭球体和Wigley船体做大角度定常斜航运动时的3维粘性流场及水动力,正确地模拟这种以层流/湍流分离流为主的复杂粘性流动,从而检验和验证了该求解器精确模拟粘性分离流动和计算水动力的能力.     

吊舱推进器桨毂间隙影响的数值分析

以拖式吊舱推进器为对象,采用求解RANS（Reynolds Averaged Navier Stokes）方程的方法研究桨毂间隙对水动力性能的影响,应用滑移网格技术处理桨叶与吊舱的非定常相互作用.分别计算了具有不同间隙宽度的模型,以考察有、无间隙以及间隙宽度变化对推进器各部分水动力的影响.计算结果表明：桨毂间隙对推进器单元水动力及桨叶水动力的影响均很小;桨毂间隙内压力作用于桨毂后端面形成推力,其大小约为桨叶推力的2%~3%;桨毂后端面与桨叶随边的距离一定时,间隙内压力随间隙宽度的增大而降低.     

吊舱推进器桨毂间隙影响的数值分析

以拖式吊舱推进器为对象,采用求解RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)方程的方法研究桨毂间隙对水动力性能的影响,应用滑移网格技术处理桨叶与吊舱的非定常相互作用.分别计算了具有不同间隙宽度的模型,以考察有、无间隙以及间隙宽度变化对推进器各部分水动力的影响.计算结果表明:桨毂间隙对推进器单元水动力及桨叶水动力的影响均很小;桨毂间隙内压力作用于桨毂后端面形成推力,其大小约为桨叶推力的2%～3%;桨毂后端面与桨叶随边的距离一定时,间隙内压力随间隙宽度的增大而降低.     

基于CFD的桨舵水动力干扰研究

为了观察舵对桨叶表面压力分布以及桨后尾流场的影响,以B4-55桨和展弦比为1.0的NACA0020的流线型舵为算例,采用计算流体力学方法分析了桨舵干扰的水动力特性。为了提高网格质量,计算域被分为包含螺旋桨的旋转域、包含舵的静止域以及除二者之外的静止域3部分,并采用不同的网格策略对其进行离散。离散方程用K-ω模型求解,旋转域与静止域之间的相对运动通过MRF技术模拟,并利用交界面技术实现数据传递。分析了不同进速系数下桨舵干扰的规律以及舵攻角对螺旋桨的推力、转矩的影响,研究了流场的速度以及压力分布。数值结果和试验结果的比较表明,采用的计算模型和离散方法能够得到准确的计算结果。     

离心泵水动力噪声预测

利用计算流体动力学(CFD)方法对离心泵内的三维流动进行数值模拟,基于CFD结果分析流场的非定常特性,并从非定常计算中提取偶极子声源信息,再应用边界元计算方法,对比分析是否考虑结构振动两种情况下边界上的响应情况,结果表明:考虑振动时的声场分布更加合理,进而在声振耦合计算的基础上,求解泵内偶极子噪声的辐射水平.     

动静叶相互干涉的三维非定常流场数值模拟

将双时间步法应用于叶栅级的全三维黏性非定常数值求解,讨论了分区算法中内边界条件的给定问题,本算法可保证分区边界上具有与内点相同的精度,具有很好的数值稳定性,且通量基本守恒,将该方法应用于具有弯曲导叶的涡轮级的计算可得到典型的非定常流谱,揭示了动静叶之间的相互干涉对叶片气动性能的影响,数值计算结果表明本文给出的算法是合理有效的。     

粒子群算法在大侧斜螺旋桨侧斜分布优化中的应用

为设计出具有良好侧斜分布的螺旋桨剖面，采用智能优化领域的粒子群优化（PSO）算法，结合非定常面元法对螺旋桨的侧斜分布进行了优化设计. 给出了PSO算法的数学模型及其在侧斜优化设计中的主要计算过程，并以HSP桨为母型进行设计.获取了2种纵倾方式下非定常推力系数的2阶幅值收敛情况、侧斜分布随迭代次数的收敛情况以及主桨叶在旋转1周的非定常推力系数随迭代次数的变化规律等.由计算结果可知，优化桨的非定常推力系数脉动比母型桨减小了许多，即通过改变螺旋桨侧斜分布能有效改善非均匀流场中螺旋桨的性能，进而也验证了PSO方法在螺旋桨侧斜优化设计中的可行性.     

内燃机进排气管有限容积法一维非定常流模拟

应用有限容积法对发动机排气管系中的气体流动作模拟计算．该方法是以往一维非定常流动计算方法的进一步发展．与特征线法相比,具有计算稳定、质量流量误差小等优点．文中对该方法的模型作了简述,并以８Ｌ２４０Ｚ四冲程柴油机为例,进行了模拟计算,包括：发动机的性能参数、排气管系的压力波动情况、质量流量误差等．计算结果表明,该模拟方法具有较高的计算精度     

离心压缩机环列叶栅叶片不稳定脉动力的确定

考虑了近叶片相互作用，首次推出了周期非定常来流作用下环列叶栅叶片上不稳定脉动力计算公式．利用此方法可确定在叶轮叶片粘性尾迹作用下扩压器叶片上所受的不稳定脉动力．由计算公式可计算出叶轮结构参数、气流参数、扩压器叶片几何参数、扩压器叶片气流攻角等对扩压器叶片上不稳定脉动力的影响，为设计低噪声离心压缩机、通风机提供理论依据．     

水平六角蜂窝腔内三维自然对流的数值计算

通过对水平六角蜂窝腔内流动和换热的数值计算，得到了Ra数从500～10^5内侧壁绝热时蜂窝腔内空气的流动换热结果．计算对比分析了在大温差条件下采用Boussinesq假设所带来的计算误差．数值计算方法采用有限体积的SIMPLEC算法，考虑蜂窝腔内空气物性随温度的变化．计算结果显示，在Ra=1000时，腔内的空气开始出现不稳定．对流项的离散采用二阶迎风格式和QUICK格式可得到几乎相同的结果，而采用一阶迎风格式可使结果产生一定的误差．计算结果也表明，在所计算的问题中，如果采用Boussinesq假设将使计算结果误差比较大．     

校正致密岩心中末端效应及相渗计算误差的计算方法

室内相渗曲线测试常采用非稳态方法。传统测量方法未考虑末端效应及相渗曲线的计算误差。基于末端效应机理研究,建立了考虑致密砂岩末端效应的数学模型;并分析了末端效应和JBN计算方法对致密砂岩岩心非稳态法相渗测试结果的误差。研究表明:增大驱替压差或提高岩心长度可有效降低末端效应导致的测试误差;但降低幅度存在极限值。同时,仅改变实验条件无法完全消除JBN计算方法导致的测试误差。因此,得到考虑末端效应的致密砂岩岩心非稳态法测定相渗曲线的校正图版,能够保证相渗曲线测试结果的准确性、提高油田生产动态预测的可信度。     

多变因素条件下延伸表面传热通用数值分析计算的研究

研究各种形式肋片在辐射－对流－导热的联合作用下，以及变换特性参数时稳态与非稳态传热的通用数学物理模型和数值计算方法，考虑了辐射与整体肋片传热计算的耦合问题。     

基于混合模型的河网输水能力计算

河网水动力数值模拟广泛应用于平原河网的防洪排涝计算,水流主要由支流向主河道汇集.而河网输水则是主河道向支流扩散的非恒定流动,需考虑支流蓄水作用对河网整体输水能力的影响.在平原河网水动力混合模型的基础上提出了一种河网输水能力计算方法.基于数字化河网划分骨干河道和蓄水支流,通过时变侧向出流形式来考虑引水时骨干河道向支流扩散的水量,从而将圣维南方程中的侧向出流项由以往的常数改进为时变流量过程,以提高河网非恒定流数值计算精度.将该方法运用到某引水工程输水计算中,有效地解决了复杂河网跨流域输水时的水量分配问题.     

调压室水位振荡的一种数值解

本文提出的调压室水位振荡数值解,是将调压室非恒定流的基本方程化为隐式差分格式,再用迭代法求解,其特点是便于电算且精度较高。计算中考虑了各种水头损失及导时逐渐启闭情况,可供阻抗式、圆简式和双室式调压室,进行水位振荡计算时使用。