风向对舰船甲板流场结构影响的数值研究

为研究风向对舰船甲板上方流场的影响,运用数值模拟方法对舰船甲板上方空气流场进行求解,分析不同风向时舰船甲板流场的流线形态和涡量分布.对流场中的旋涡进行分类,并阐述各类旋涡的产生原因、发展过程与相互作用.研究结果表明:0°风向时,船首分离涡影响甲板前端流场,上层建筑尾涡只影响其正后方小范围甲板区域;+15°风向时,甲板上方流场主要受右侧边缘上洗气流涡与上层建筑尾涡的影响;-15°风向时,甲板上方流场主要受左侧边缘上洗气流涡的影响.     

考虑旋转和曲率修正的螺旋桨梢涡流场模拟

应用显式代数雷诺应力湍流模型对螺旋桨尾流中梢涡流场分布进行了数值研究,为了避免过高地预报梢涡涡核内湍流黏性耗散,对湍流模型进行了旋转和曲率修正．应用全六面体网格对螺旋桨计算域进行网格划分,为了避免数值离散误差,对梢涡区域进行了网格加密处理．计算结果表明：提出的尾流中梢涡流场分布数值模拟方法能够准确预报螺旋桨梢涡流场的分布及涡核位置,并准确反映了梢涡形成和发展过程中梢涡内主涡和次涡的关系,与实验测量结果基本一致．     

建筑结构非定常绕流风场的数值模拟方法

给出了一种适用于计算建筑结构非定常绕流风场的大涡数值模拟算法.该算法基于有限差分法,采用曲线坐标结构网格,能精确描述形状复杂的物面边界,为下一步准确模拟含有因结构受风变形所致运动边界的绕流场奠定了基础.该算法采用投影法解耦纳维-斯托克斯方程中的压力和速度,对非定常流场的时间步进采用二阶Adams-Bashforth方法.采用同位网格以减少计算所需内存,为了平抑同位网格下中心差分格式导致的固有压力波动现象,计算对流速度时采用Rhie-Chow动量插值方法,利用编制的曲线坐标系下大涡模拟数值计算程序,对德州理工大学(TTU)建筑足尺模型绕流风场进行了模拟,所得结果与现场实测和风洞试验结果进行了比较.结果表明,本文算法是建筑结构非定常绕流风场数值模拟的有效方法.     

基于负载均衡分区法的建筑火灾并行数值模拟及应用

针对建筑火灾数值模拟过程占用计算资源大的问题,采用并行计算方法,综合考虑建筑火灾数值计算中的网格数、通信边界、火源位置以及可燃物密集程度,提出了建筑火灾数值模拟的负载均衡分区算法.并将此方法应用于农贸市场大型火灾数值模拟的并行计算中,与采用传统的递归坐标二分法的计算结果进行了对比.结果表明,建筑火灾负载均衡分区法具有更好的加速比与并行效率.     

HLLC方法在二维非结构动网格上的应用

以自适应非结构网格的显式有限体积法为基础，采用格心方法以及基于近似黎曼解的Godunov一阶精度方法求解Euler方程，使用HLLC近似黎曼解的方法计算网格单元边界处的守恒量通量，空间和时间都是一阶精度，对含有运动边界的多体干扰流场进行了数值模拟，并对数值模拟的结果进行了分析，为进一步进行多体分离数值模拟打下了基础。     

超高层连体建筑风荷载干扰效应大涡模拟研究

超高层三塔连体建筑的主楼受到裙房及子楼的干扰作用显著,以某超高层三塔连体建筑为对象,基于LES(大涡模拟)方法对其进行了24个方向角下的数值风洞试验,并将主楼的体型系数与物理风洞试验结果进行了对比验证,再基于大涡模拟结果分别从平均和脉动风压特性、涡量分布以及干扰机理等方面探讨了超高层多塔连体建筑风荷载和干扰效应.结果表明:大涡模拟和风洞试验结果吻合较好;单体工况下主塔表面随机涡旋较密集、风压脉动较大、且尾流分离区域较小,当子塔处于主塔上游位置时对主塔结构抗风设计存在有利的"遮挡效应",此时来流湍流对主塔风场分布起主导作用;当子塔处于主塔下游位置时会对主塔存在不利的风压放大作用,特征湍流作用更明显.     

Taylor-Couette波状涡的周期性特征研究

采用大涡模拟(LES)方法对Taylor-Couette涡流场进行瞬态数值模拟,研究了波状涡流场中不同旋转雷诺数下环隙子午面上涡流场特征随时间的变化情况,分析了波状涡流场的周期性变化规律．结果表明：Taylor-Couette波状涡流场内的涡旋大小、形态及涡心位置存在周期性变化规律,相邻涡旋的形态与特征呈现相反的变化趋势;涡旋、涡核的变化周期几乎完全相同,当转速为20 r/min时,涡旋和涡核的周期变化时间分别为6.80 s和6.83 s,当转速为40 r/min时,涡旋和涡核的周期变化时间分别为1.49 s和1.50 s,但涡核的变化趋势在周期变化过程中处于主导地位;随着旋转雷诺数的增大,波状涡的变化周期逐渐减小,说明周期的数值变化一定程度上可以反映并衡量Taylor-Couette涡流场形态的转变过程．     

高阶差分格式的离散方法及其应用研究

在提出亚边界的同时，通过对包含亚边界在内的边界控制网格的细化处理，发展了以一阶迎风为基的高阶差分格式离散方法，并将该方法推广应用于三阶QUICK格式和AHARP格式对液钠方腔内的热分层流动的数值模拟中，解决了应用湍流标准。κ－ε模型模拟热分层流动过程中高阶差分格式隐式数值计算的收敛问题。     

三维非定常粘性流动的数值方法及其应用

提出了适用于模拟非定常三维粘性流动问题的数值计算体系，包括高速收敛稳定性好的新的ＬＵ型隐式格式，捕捉弱间断面和滑移面的高精度、高分辨率的改良型ＭＵＳＣＬＴＶＤ格式。将基于此数值模型而发展起来的非定常粘性流动通用软件应用于叶轮机械气动热力学计算，为研究内流粘性损失、激波和非定常尾涡干涉、三维分离流动，尤其为探明分离泡内部的涡结构打下了基础。此软件亦适用于叶栅设计等方面的工程应用问题     

Signorini问题的无网格边界径向点插值法

对一类带非线性互补边界条件的Signorini问题,提出了一种边界型无网格数值方法。该方法首先利用投影算子来处理非线性边界不等式条件,然后将Signorini问题归化为边界积分方程,并用无网格边界径向点插值法求解。数值算例表明该算法具有较高的收敛率和计算效率。     

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。     

基于AHP和TOPSIS法的甲板和舰载机悬翼流场质量排序

为能够较便捷地对舰船甲板气流场进行系统评价,采用层次分析法(AHP)确定评估指标权重值,运用基于优劣解距离法(TOPSIS)对舰船甲板流场进行排序,进而分析关键点位置和指标权重值变化对停机坪流场质量评价结果的影响.研究结果表明:该方法可以直接给出不同风速和风向条件下甲板流场质量排序;对于舰船甲板区域,TOPSIS法的评估结果与研究关键点位置的选取有关;对于停机坪区域,改变停机坪中关键点位置和评估指标权重值,不会对TOPSIS法的评估结果产生明显影响,但是运用优化后的各个指标权重计算出的流场优劣特点更加突出.     

船体上层建筑有效性分析的简化模型

提出了一种估计上层建筑有效性的简化模型，把船体的三维结构简化为二维模型，使上层建筑和主甲板结构间的相互作用得到较好的模拟，从而对上层建筑参加船体总纵弯曲程度的计算得以简化，并得到满意的结果．     

多旋翼对舰船甲板流场影响数值研究

为了研究多架直升机同时悬停时对舰船甲板流场特性的影响,采用Fluent软件对直升机多旋翼结构和舰船耦合流场进行数值模拟,分析了不同风向工况下的流场结构、螺旋度分布以及湍动能.结果表明:各旋翼周围的流场参数相互耦合、相互影响;侧风的加入使得流场结构更加紊乱,形成来流、多旋翼与上层建筑之间的混合流场;湍动能超限区域覆盖了整个甲板流场,这对于直升机的起降是非常不利的.     

KIVA程序在波瓣混合器混合流场数值模拟中的应用

本文以KIVA程序为研究平台,分别采用标准k- 湍流模型和RNG k- 湍流模型,对现代航空发动机中常用的波瓣混合器流场的进行了三维数值模拟。通过与实验测量数据对比可知,基于ALE法KIVA程序能够较好地描述波瓣混合器中流向涡系以及正交涡系形状以及涡量随流动的变化规律,与实验结果较为吻合;在湍流模型方面,标准k- 模型在流向涡以及正交涡涡量大小的描述方面较RNG k- 模型更为精确。     

甲板上浪船舶随机横摇响应的数值模拟

数值模拟随机横浪中甲板上浪船舶的横摇响应．考虑随机横浪激励和甲板上浪引起的横倾力矩,建立船舶随机横摇运动方程．基于伯努利方程,推导船舶甲板上浪水质量的计算公式．以一条拖网渔船为例,计算不同波高作用下船舶的横摇响应,分析甲板上浪对船舶倾覆的影响．研究表明：考虑加工甲板上浪后,船舶有2个横摇中心,在响应过程中发生由一个横摇中心到另一个横摇中心的随机跳跃;单独考虑捕鱼甲板上浪或加工甲板上浪时,船舶可以承受大的波浪载荷而不发生倾覆;同时考虑捕鱼甲板上浪和加工甲板上浪时,横摇过程中捕鱼甲板上浪水量突然增大,导致船舶倾覆．     

正交异性钢桥面板厚度对铺装层荷载响应敏感性分析

根据线弹性理论和层状体系理论,用有限元分析方法计算分析了钢箱梁桥面板厚度参数对铺装层的弯沉量、层顶弯拉应力、粘结层与桥面板结合处的主剪切应力的分布与变化的影响作用,并给出合理的正交异性桥面结构钢桥面板厚度参数值。     

船舶排气热特征求解器开发及结果影响因素分析

为了分析船舶中排气羽流热和气体组分的流动特性，更好的揭示其热分布及红外辐射特征，以某现代常规动力船舶为例，基于开源软件OpenFOAM开发了recRhoSimpleFoam可压缩羽流热特征求解器，该求解器能够计算船舶羽流温度的热分布及各气体组分的分布特性，在此基础上分析不同网格数量、离散格式和边界条件对排气羽流温度和气体组分流动的影响。结果表明，网格划分精细度能够影响其数值模拟的求解结果，精细网格对于热特征的分析更为有利，离散格式和边界条件的改变对于其羽流温度的影响较小。该研究可为下一步流场的优化以及红外仿真工作提供参考依据。     

舰船摇摆对舰载火箭初始扰动影响的多因素分析

为研究舰载火箭由于舰船摇摆而产生的过载对其发射时初始扰动产生的影响,设计虚拟正交试验来仿真计算舰载火箭在不同状态下的初始扰动,并通过多因素极差分析得到海况、迎浪角、发射仰角和发射装置在舰船甲板的安装位置4种影响因素对舰载火箭初始扰动的影响程度.仿真结果表明,4个因素对初始扰动的影响都不可忽略,对初始扰动影响程度由重到轻依次为发射仰角、海况、迎浪角和安装位置.     

低雷诺数翼型分离流动的大涡模拟研究

采用高精度大涡模拟算法,对低雷诺数下的孤立翼型分离流动问题进行研究,计算了雷诺数为55000、马赫数0.2、来流5°攻角下的NACA-0025翼型,生成数值数据库,从时均流场、瞬态流场、频谱和高阶统计量等多个角度进行分析.研究结果表明:大涡模拟方法能够很好的描述低雷诺数翼型分离流动,其瞬态流场图画与实验结果吻合的很好;翼型上表面出现大尺度的开放式分离区,在Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性作用下,自由剪切层失稳卷起展向涡,展向涡二次失稳发生旋涡配对现象;分离区流场的演化受大尺度涡结构控制,流场中高阶统计量的分布也与涡结构密切相关.