基于LES和D-BPBE方程的舰船尾流气泡聚并研究

基于大涡模拟方法(LES)和经专门修正的气泡群平衡方程(D-BPBE),对舰船尾流中普遍存在的气泡聚并现象进行了数值模拟研究.结果表明:气泡聚并对尾流总气泡数密度的分布(BND)影响不大,但却是影响尾流气含量分布的主要因素;其原因在于气泡聚并主要发生于有大尺寸气泡参与的情形.虽然从数密度而言,大尺寸(500～1 000μm)气泡相对尾流总气泡的比例较小,但它是尾流中气含量的主要载体,因而往往直接决定着气含量沿尾流流向的分布特征.研究同时表明了气含量的分布特征为,近尾流区(约1.8 km内)近似以乘幂形式衰减,远尾流区以线性格式衰减.结论弥补了当前针对舰船尾流的研究一直不能明确气泡聚并在尾流气泡分布中的作用这一根本缺陷.     

基于大涡模拟方法和修正的气泡平衡方程的舰船尾流气泡聚并研究

基于大涡模拟方法(LES)和经专门修正的气泡群平衡方程(D-BPBE),对舰船尾流中普遍存在的气泡聚并现象进行了数值模拟研究。结果表明:气泡聚并对尾流总气泡数密度的分布(BND)影响不大,但却是影响尾流气含量分布的主要因素;其原因在于气泡聚并主要发生于有大尺寸气泡参与的情形。虽然从数密度而言,大尺寸(500~1 000μm)气泡相对尾流总气泡的比例较小,但它是尾流中气含量的主要载体,因而往往直接决定着气含量沿尾流流向的分布特征。研究同时表明了气含量的分布特征为,近尾流区(约1.8 km内)近似以乘幂形式衰减,远尾流区以线性格式衰减。结论弥补了当前针对舰船尾流的研究一直不能明确气泡聚并在尾流气泡分布中的作用这一根本缺陷。     

基于相群平衡模型的舰船气泡尾流数值模拟

为了获得舰船气泡尾流中的气泡尺度分布规律,首先采用欧拉双流体模型（Euler Two Fluid Model）中的单一气泡模型对集装箱船模型KCS（KRISO Container Ship）进行了数值模拟.然后将气泡分组,进行基于相群平衡模型（Population Balance Model）的数值模拟.获得的气泡数密度和体积分率等气泡分布特征后,通过对索特平均直径的分析,探讨了初始平均气泡直径的选取和气泡尺寸分组等因素对气泡尾流的影响.结果表明：大气泡将聚集在船体表面;自由面则以小气泡为主.ETF模拟可以作为PBM计算的初值.当初始化的均一气泡直径取值越接近索特平均直径,PBM计算越容易收敛.     

舰船气泡尾流数值模拟

摘要：
以韩国船舶与海洋工程研究所(KRISO)的集装箱船KCS（KRISO Container Ship）模型为研究对象,以通用
计算流体力学(CFD)软件FLUENT为平台,进行了基于流体体积（VOF）两相流模型的KCS带自由面黏性流场数值模拟;将自由面固化,对自由面以下水体进行了基于混合物多相流（Mixture）模型的KCS气泡尾流场数值模拟,探讨了Realizable k ε（R k ε）两方程模型和雷诺应力模型对气泡尾流计算的影响.计算所得结果定性正确,验证了与自由面法向速度梯度相关的气泡卷吸模型及相应求解方法的适用性. 关键词：
多相流; 舰船; 气泡尾流; 数值模拟 中图分类号： O 359.1
文献标志码： A     

舰船尾流气泡后向光散射特性研究

在Mie散射理论的基础上分析尾流气泡的光散射特性,在实验基础上提出了一种利用尾流中气泡对激光的后向散射光特性探测舰船方法。一般情况下,在不考虑水面波动的条件下能得到明显的气泡后向散射光信号;当波浪稍大时,会影响后向散射光信号。对此本文的判别效果。     

基于鱼雷制导的表层气泡尾迹主要特征研究

表层气泡尾迹由于其特殊的形成机制和丰富的信号特征,直接影响了可被探测的尾流自导作用距离,成为新型鱼雷尾流制导技术领域的重点研究对象。为此,本文在气泡运动基本方程基础上,考虑表层流场因素重点是波浪条件的影响,构建表层尾迹场气泡运动的耦合模型,进而分析了可有效表征表层气泡尾迹特征的气泡存留时间和数密度。结果表明,表层流场因素对气泡的主要特征变化影响显著,相对于静水条件,气泡存留时间最大可延长17倍,气泡相对数密度衰减时间最大可延长9倍。这对利用表层气泡尾迹主要特征进行制导的新型尾流自导鱼雷来说,可较大提高尾流自导作用距离。     

舰船空气尾流场特性及其控制技术研究综述

舰船空气尾流场是影响舰载机安全起降的重要因素之一;其相关研究在舰载机作战、舰船操纵、海上航空气象保障等领域具有重要意义。总结了无耦合条件下、舰船/舰载机耦合条件下的舰船空气尾流场特性相关研究成果,分析了当前舰船空气尾流场的控制技术研究现状;并提出基于射流技术的新型舰船空气尾流场控制技术;可为舰船空气尾流场特性和控制技术研究提供有益的参考。     

船舶尾流气泡幕中的声速

有别于一般的气液双相流, 船舶尾流中含有大量不同直径的气泡. 利用微元假设, 证实了Laplace方程在计算尾流声速中的可行性, 并指出文献中计算气体绝热声速存在的问题, 明确提出了尾流声速的概念. 尾流气泡比共振尺度小情况下的尾流声速的计算结果显示气泡率为0.5时, 尾流声速出现最小值24.5 m/s, 且尾流声速对压强的依赖较弱. 尾流中实际气泡的尺度大于其共振情况下的尺度时速度计算结果同文献给出的测量数据在高频区域符合较好.     

船舶尾流气泡幕中的声速

有别于一般的气液双相流, 船舶尾流中含有大量不同直径的气泡. 利用微元假设, 证实了Laplace方程在计算尾流声速中的可行性, 并指出文献中计算气体绝热声速存在的问题, 明确提出了尾流声速的概念. 尾流气泡比共振尺度小情况下的尾流声速的计算结果显示气泡率为0.5时, 尾流声速出现最小值24.5 m/s, 且尾流声速对压强的依赖较弱. 尾流中实际气泡的尺度大于其共振情况下的尺度时速度计算结果同文献给出的测量数据在高频区域符合较好.     

H型垂直轴风力机远场尾流特性研究

基于非定常CFD数值模拟方法,采用FLUENT软件对H型垂直轴风力机的流场进行模拟,并分析尖速比和叶片数对远场尾流特性的影响规律。结果表明:风轮在运转过程中的空气流动近似于圆柱绕流,绕流和旋转对尾流两侧风速具有增大作用,增大的风速不断汇入到尾流中,有助于尾流风速恢复;随着尖速比的增大或叶片数的增多,远场尾流形成卡门涡街,尾流风速呈周期性上下波动分布;在风电场中风力机组的排布应根据不同的尾流特性,采取不同的布置方案。     

用Level Set方法对水下两个气泡运动的数值模拟

利用Level Set方法,三维数值模拟了两个气泡的上升运动.通过改变气泡尺寸及位置,研究气泡对在上升过程中的尾迹流及其相互作用规律.数值模拟准确再现了气泡对的变形、吸引或排斥行为,气泡上升速度计算结果与经验关联式结果吻合;气泡周围的速度场揭示了两个气泡尾迹流的流体动力学作用;对于水平或垂直放置的气泡对,当下方气泡有大于50%的投影面积进入到上方气泡的尾流区时,两个气泡将发生聚并现象.     

气泡羽流的数值模拟

提出了一个预报圆形气泡羽流特性的k－ε－E湍流模型。对静止环境中的圆形气泡羽流流场进行数值模拟,得出了气泡羽流的流速场和浓度场。预报结果表明,气泡羽流的流速及气泡浓度在横断面上的分布为高斯型曲线分布,模拟结果与实测资料对比两者吻合较好。     

气液两相弹状流动中气弹及其尾流气泡参数的瞬态测量

利用管内气液两相弹状流中因气弹周围液膜加速、减速所致的波动差压,实验测量了气弹速度、气弹长度以及气弹尾流作用长度等参数,并利用气弹尾流气泡群在尾流瞬变压力激励下所辐射的声波及其频谱,对尾流气泡群的最可几尺寸进行了测量．实验结果及误差分析表明,该测量方法比传统方法在无流场干扰、测量结果多样性等方面显示出较强优越性．     

单个三维气泡运动的直接数值模拟

采用VOF（Volume—of-Fluid）中的PLIC（Piecewise Linear Interface Calculation）界面重构方法模拟了三维气泡在另一种静止流体中的上升和变形运动;在数值模拟的例子中分别考察了不同黏度和表面张力对气泡在上升过程中的变形及上升速度等的影响．计算结果表明,PLIC界面重构方法可以正确地模拟气泡的变形、破裂等过程．黏性和表面张力在气泡运动过程中的作用可以用Eoetvoes数和Reynolds数来描述．在相同的密度和黏度比的情况下,表面张力越大,则气泡的形状变化越小,上升的速度越快,表面张力起着使气泡保持原状的作用;黏性越小,则气泡在上升过程中射流穿透上表面的时间越早,变形速度越快．     

基于FTM的不同初始形状同轴双气泡上升直接数值模拟

多气泡运动在各个工程领域广泛存在。为更好的研究不同形状的多气泡上升过程,采用界面追踪法（FTM, Front Tracking method）对四种具有不同初始形状的双气泡上升情形进行二维数值模拟。模拟结果表明,两竖直分布的气泡上升时,上部气泡的尾流会使下部气泡的速度更快;气泡的初始形状对气泡上升的速度和变形都有影响,圆形气泡相较于椭圆形气泡,上升速度更小;下部气泡为椭圆形时,上部气泡的变形更大。     

风力机错列布置尾流效应

为在有限土地资源内提高风电场发电效率,减少上风机对下风机尾流效应影响,通过利用Windcube V2多普勒测风仪方法研究了两台风机错列布置状态下风机尾流场变化,比较无尾流状态和有尾流状态下风机的速度场和分析风机之间的尾流影响。结果表明：上风机尾流效应对下风机第二象限区影响最大,轴向速度出现先减小后增加在减小在增加过程;第一象限区出现先减小后增加过程。径向和切向速度幅值和频率出现先增加后减小,径向速度幅值和频率5D截面处最大,3D最小,切向速度幅值和频率5D截面处最大,8D最小。可见上风机对下风机尾流叠加形成复杂的湍流现象,湍流强度促使尾流内外流场融合,从而造成不同速度值的之间的差异。     

不同尺度水平并列气泡运动特性三维数值研究

本文基于Open FOAM开源代码建立了能描述气泡运动的三维气液两相流数学模型,对单个气泡及不同尺度大小的并列气泡在静水中上升的运动过程进行模拟.通过数值模拟进一步了解气泡形变特征以及射流产生与发展的真实物理过程,同时探究新增气泡的尺度效应对原单气泡的影响.结果表明,本模型能较精确地模拟气泡在水中的运动变化过程,适应于具有大密度比的复杂界面流的三维数值研究;气泡周围的速度场与涡量场有效地揭示了气泡射流的动力结构特点;对于能贯穿气泡上表面的射流,其速度在穿透气泡之前与气泡上升速度同时达到最大值;在单气泡周围一定范围内布置新的气泡,新增气泡的尺度越大,对原气泡流场结构影响越大,新增气泡尺度增大导致气泡射流向两气泡所处位置连线的中轴线方向发展.     

舰船热尾流实船测量系统

建立了一套用于实船热尾流测量的温度检测系统,它由温度传感器、电流变送器及差分放大器、数据采集器、垂直温度分布记录仪等组成.其温度测量精度可达0.002 K,时间响应常数小于0.3 s.并介绍了它在实船热尾流测量中的应用.     

初始形状对浮升气泡动力特性的影响

采用Level Set方法,三维直接数值模拟了浮力作用下单个气泡的上升运动.数值模拟中,气液系统的物性参数设置为埃奥特沃斯数Eo=1～103,莫顿数Mo=10-10～102.数值研究了气泡的初始形状对气泡的变形和上升速度的影响,并与文献中结果进行了比较;给出了高Eo时气泡由球帽状转变为气泡环的结构相图,确定了二者形状转变的Eo和Mo;最后详细分析了初始形状影响气泡动力学特性的机理.模拟结果表明:低Eo(Eo<52)时浮升气泡的终端形状与上升速度基本不受初始形状的影响;高Eo和低Mo时的浮升气泡受初始形状的支配,呈现出球帽状和气泡环两种最终形状,初始气泡的高宽比越大,气泡越容易变形为气泡环,上升速度的脉动也越剧烈.     

金属熔池往复搅拌流场中气泡运动特性数值模拟研究

应用基于体跟踪的VOF方法对金属熔池往复搅拌流场中单个气泡的运动及变形特征进行了数值模拟研究.分析了搅拌流场的往复运动频率、气泡初始尺寸、表面张力以及奥托斯数Eo和莫顿数Mo等因素对气泡运动与变形的影响.数值模拟结果表明,气泡上升轨迹与气泡直径、流场平动频率及Mo有关,气泡直径越大,其螺旋上升趋势越强;在分析范围内,平...