Fluent在碟形深潜器水动力性能的应用分析

文章利用Fluent方法模拟了一种新型碟形深潜器在直航状态所受的总阻力以及斜航状态下所受的横向力Y和纵向力X,并与试验方法进行比较从而得出Fluent模拟方法具有一定的准确性,可以应用于该碟形潜器的水动力性能分析。碟形深潜器水动力性能的预报对于其外形的优化至关重要,传统的研究方法主要有理论方法、试验方法和数值模拟。众所周知,试验方法一直是碟形潜器研究的主要方法,而随着计算机技术的快速发展,以流体力学为基础的计算流体力学方法也逐渐成为一种重要方法,与传统方法相比,运用Fluent模拟的方法则更加灵活和经济,但该方法与试验方法的相对误差随着Fr数的增加而增加,进而说明该方法还需要进一步优化。     

航行船与停泊船水动力相互作用的数值分析

采用动网格技术并选取RNGk-ε湍流模型,通过求解非定常RANS方程,对浅水中航行船与停泊船相互作用的三维非定常黏性流场进行了数值分析.计算了停泊船受到的水动力,通过将计算结果与经验公式结果进行对比,验证了本文采用的数值计算方法的有效性;计算了航行船所受水动力,比较了作用在航行船和停泊船上的水动力的大小.最后,计算了不同水深、两船间距、停泊船离岸距离和航行船离岸距离条件下停泊船受到的水动力,并对计算结果进行了分析,得出了以上4种因素对停泊船受到的水动力作用的影响规律.     

新型水动力弹射技术研究

针对水动力能源系统开展了新型水动力弹射技术的探索性研究,采用数值模拟和理论分析相结合的手段对弹射过程进行了数值仿真,并采用参数选取约束分析的方法对系统结构中的重要参数进行了分析,给出从设计参数输入到关键参数选取的方法. 数值仿真结果表明,两种数值方法计算结果一致性较好,验证了原理的正确性和方案的可行性. 并通过关键参数优化对比,提出增大设计冗余和采用较小的压力容器中高压气室的体积比例两个参数优化的方向.      

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.     

基于CFD的螺旋桨桨叶折断水动力性能分析

基于CFD方法,对螺旋桨桨叶在不同位置折断时的水动力性能进行数值模拟。首先把CFD数值模拟结果与螺旋桨敞水试验结果进行比较,两者结果吻合良好;其次,对螺旋桨某一桨叶在不同半径处折断时的水动力进行计算,并对计算结果进行了回归;最后,对螺旋桨所有桨叶在同一半径处折断时的水动力进行数值模拟,对结果进行了回归分析。数值模拟结果与试验值吻合,回归结果可用于指导船舶的船-机-桨匹配工程实践。     

船舶水弹性的反对称波激响应

基于Bishop和Price的船舶水弹性理论,推证了船舶反对称波激响应的动力方程。采用Frank精密拟合法对势流的附加质量和阻尼系数进行了理论计算;并应用池田良穗提出的方法对粘性阻尼作了估计。针对一艘集装箱船的反对称动力响应进行了数值计算,结果表明该方法是成功的。     

基于FLUELT的滑行艇直航运动数值模拟计算

针对滑行艇运动的水动力性能预报问题,在FLUENT软件平台上,使用VOF方法,结合RNGk-ε模型,通过求解Navier-Stokes方程,对水面滑行艇的直航运动进行数值模拟计算,获得滑行艇航行阻力随航速变化规律.该规律直观反映了滑行艇周围流场变化情况和滑行艇艇底的压力变化情况.FLUENT计算结果与船模试验值及理论估计值的比较结果证明了在FLUENT平台上模拟水面滑行艇直航运动和研究水动力性能的可行性,该方法具有较高的准确性.     

新概念深水半潜式生产平台水动力截断试验与数值计算

对一新型深海半潜式生产平台的水动力性能进行模型试验和数值计算分析.与传统直立柱结构的半潜式平台不同,该新型平台的4根立柱在水线面以上向内倾斜.由于平台工作水深为1.5 km,模型试验时需通过数值分析进行等效截断设计.对平台6自由度运动响应和系泊缆受力的研究表明,模型试验结果与数值计算结果基本一致,该新型半潜式生产平台具有良好的水动力性能,满足规范要求.
     

基于OpenFOAM的螺旋桨紧急倒车工况数值模拟

螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性与船舶的紧急制动能力密切相关并直接影响船舶的航行安全性.基于开源计算流体动力学平台OpenFOAM中的雷诺平均求解器对螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性及绕流场开展数值研究.以5叶螺旋桨DTMB4381模型为研究对象，对其正车前进以及紧急倒车工况进行数值模拟.通过与国际上公开的模型试验结果进行对比，验证了所采用的数值方法在预报螺旋桨不同工况下水动力性能方面的有效性.基于数值模拟获得的水动力载荷及流场信息，探讨了紧急倒车工况下局部绕流场特征随进速变化的规律及其与螺旋桨整体水动力特性之间的关系，为船舶紧急倒车制动能力评估提供了理论依据.     

限宽水域中船舶平面运动机构试验及水动力导数数值模拟

为探究有限宽度水域中大型船舶的水动力特性,基于计算流体力学(CFD)技术对限宽水域中的平面运动机构(PMM)试验进行数值模拟.在对有限水域宽度的PMM试验的动态模拟上,开发了混合动网格技术,数值计算结果与循环水槽PMM试验结果对比证明采用该方法有效.继而模拟不同宽度水域中的PMM试验,分析船舶水动力随运动速度变化的关系.结果表明,限宽水域中水动力随运动速度变化的非线性特征更为显著,船舶操纵加速度导数增大,位置导数减小,旋转导数的绝对值有所增加,二阶非线性导数值变化较大.     

基于液力变矩器流固耦合的叶片厚度设计方法

基于经验性流线公式的液力变矩器叶片厚度设计方法,因难以表达变矩器叶片与流体间的耦合变矩关系,易造成变矩器性能低下.针对此问题提出基于液力变矩器内流固耦合的叶片厚度设计方法,即以高精度流固耦合数值解析的液力变矩器性能为评价,在满足叶片应力强度与叶片厚度变化曲率约束下,推导出叶片厚度曲线方程.通过液力变矩器设计实例,显示液力变矩器叶片厚度分布与其流场分布具有强相关性,验证了此方法对提高液力变矩器变矩比、效率和动力性能的有效性,可作为液力变矩器叶片厚度设计的工程化设计参考流程.     

激光加工多孔端面机械密封的动压分析

建立了激光加工多孔端面机械密封的计算模型,采用有限差分法求解雷诺方程,获得在不同工况和表面微孔结构参数下密封面的无量纲动压力分布,进而得到了产生最大端面动压力时的优化结构参数,且与试验结果接近。分析结果表明密封面上的微孔可产生明显的动压效应。     

水动浮力

在自然界,存在水静浮力和水动浮力.一个在水下或水面静态的物体承受水静浮力,阿基米德发现水静浮力的定量值等于该物体的排水量.一个在水下或水面对水平面保持某一攻角运动的物体会激起水动浮力.从物理定性看,水动浮力与运动物体的速度、尺度、吃水深度、攻角的角度、水的密度以及体现重力场对流场作用的重力加速度等物理因素密切相关.如果用数学解析式表述水动浮力的定量值,那么它是这些物理因素的函数.人们希望知道水动浮力,为此,提出研究这个问题.本文利用一种新的积分变换求解水动浮力问题,得到水动浮力定量值的解析表达式,该式概括了运动物体相关物理因素对水动浮力的贡献和它们之间的相互制约关系,与物理定性相符合.用本文的结果设计建造的实船,在实航验证时显示:理论计算得到的结果与试验实测得到的数据相符合.这表明,本文的研究结果是符合实际的,具有普遍意义.该方法可解决很多水动力工程的设计和生产问题.本文在最后,对比我们的研究结果,对前人的水动升力近似估算式做了讨论.     

大洋多金属结核1km海上开采实验系统扬矿管水平液动力分析和计算

大洋多金属结核1km海上开采实验系统的扬矿管所受水平液动力由多个参数决定. 本文从系统总体设计参数出发,得出了其他各种参数值,并根据Morison方程详细推导了海浪和海流的速度和加速度的表达式,最后采用数值积分的方法得出了液动力随时间和深度的变化曲线. 在同一水深处,总液动力随时间的变化规律接近于正弦(余弦)曲线;而在同一时刻,总液动力则随水深绝对值的增加而递减,在水深0*#m至水深-200*#m内,递减速度很快;总液动力最大值为3.790*#kN.     

导叶可调式液力变矩器流场模拟与PTV验证

为研究导叶可调式液力变矩器的内部流动特性,以循环圆直径为320 mm导叶可调式液力变矩器作为研究对象.采用计算流体动力学(CFD)方法对其不同开度、不同工况下的内部流动状态进行数值模拟,并对相应的透明模型进行粒子跟踪测速(PTV)试验验证.同一开度下,随着转速比的增加,可调导轮内部液流速度增加,液流方向与叶片进口方向的夹角增大;在制动工况时,叶片工作面有漩涡现象,而空载工况时,叶片非工作面有漩涡产生.对比试验与数值模拟内流场结果,发现后者可以比较准确地预测导叶可调式液力变矩器的内部流动特性.该结论为研究导叶可调式液力变矩器内部流动状态,预测外特性及其设计优化提供了方法和依据.     

液力变矩-减速装置制动特性流场分析

为准确获取液力变矩-减速装置的制动特性,建立了某型液力变矩-减速装置制动工况下各叶轮及辅助液力减速器流道模型。运用CFD技术分析了液力变矩-减速装置泵轮、涡轮闭锁状态下在1000~2000 r/min转速时的各叶轮及辅助液力减速器流道内部速度流线、压力场分布特点,并进行了制动特性仿真计算。仿真结果与实验结果对比计算误差在10%以内,表明仿真方法和仿真模型准确、可靠。     

基于GPU并行算法的水动力数学模型建立及其效率分析

应用非结构化网格建立水动力模型目前已经得到了广泛的应用.针对在网格数过多,且无集群机情况下难以快速获得计算结果这一问题,基于GPU的高性能计算技术,在CUDA开发平台下设计并行算法,建立非结构化网格的二维水动力模型.与利用GTX460显卡和集群机的计算效率对比表明,在保持计算精度的前提下,速度提升了一个量级,且随着网格数的持续递增,可以保持较高的加速比增幅,比较适合应用于大范围海域的水动力模型的数值计算.     

动水压力对深水桥梁性能设计的影响

通过一个深水桥墩实例对中国与日本桥梁抗震规范的地震动水压力计算方法进行比较研究,分析规范关于动水压力计算的异同点,计算表明两者结果相差较大. 对桥墩的动水压力进行数值模拟计算,考察动水压力沿深水桥梁高程的分布. 为研究动水压力对桥梁整体结构动力特性的影响,以主跨260 m的牛根大桥为背景建立有限元计算模型,采用附加质量法进行计算. 结果表明,附加质量法求得的位移和弯矩比不考虑动水作用的情况有较大增幅,也表明动水压力对桥梁的性能有较大的影响. 在深水桥梁的性能设计理论与应用领域中,水与桥墩的相互作用问题有必要进行进一步的研究.