基于LSIBM-LES的浅水河岸水轮机尾流特性分析

设计了一种部分嵌入在浅水河岸侧壁上的新型阻力型垂直轴水轮机.这种水轮机在河流中层运行,可以有效适应流量、泥沙等多种环境因素的变化,且对鱼类等水生生物友好.为研究水轮机的性能及尾流特性,对其在明渠中的流动过程进行了大涡模拟(LES).采用基于水平集函数的浸入边界法(LSIBM)分别描述了规则半圆柱形空腔及复杂水轮机的几何...     

异形孔桥墩附近河道水流流动特性

采用三维水动力数学模型,计算分析了异形孔桥墩附近河道的水流流动特征,比较了建桥前后桥址附近河道的流场分布,得到了异形孔桥墩附近河道的水流流场、墩前阻水范围,桥墩下游的尾流区长度、宽度以及河床附近的涡量、切应力等的分布规律,并给出了墩前阻水长度,尾流区长度和宽度以及河床表面最大切应力与墩前断面弗劳德数的关系及经验公式.结...     

有限长度钝体尾流的三维特性

运用X形热线,对高宽比分别为3,5和7的有限长度方形截面柱体尾流进行测量,并运用相平均方法对其尾流场进行研究.相关实验是在一低湍流度风洞中,雷诺数Red为3 500的条件下进行的.研究结果表明:壁面边界层与柱体自由端面后的下降流造成了柱体尾流显著的三维性;该三维性在柱体下游10d(d为柱体的宽度)处仍能清晰的观察到;对于高宽比为3的柱体,相平均的脉动速度以及脉动速度能谱在所有测量高度上均近似相同;而高宽比为5或7时,尾流中间高度附近流动周期性最强,且相平均脉动速度最大值为柱体顶部或底部附近对应值的2倍以上.     

均匀来流中Spar平台涡激运动响应研究

Spar平台由于其优良的特性,近年来,在深水工程领域,得到了越来越广泛的应用.Spar平台由于其特有的几何特性,从而导致其在水流中可能产生涡激运动.文中针对Spar平台的刚体特性,建立了Spar平台与尾流振子之间的耦合运动方程,利用该方法对一模型平台进行了数值验证,计算得到的锁定区域与实验测得的结果吻合良好.接着对一真实的Spar平台进行了计算,并得到Spar平台和尾流振子的时间历程曲线.结果表明Spar平台的运动幅度以及运动周期比通常涡激振动的幅度以及周期要大.     

3D3C尾流场PIV测量重构和空间分布研究

以一艘缩尺比为1/45的具缓和U型尾部载重7.6×10~4t的巴拿马散货船模型为研究对象,应用随车式水下二维三速度分量体式粒子图像测速(2D3CSPIV)系统进行了三维空间尾流场试验测量与机理研究.通过多个二维(2D)切面扫掠式粒子图像测速(PIV)系统获取了多个切面的二维三速度分量(2D3C)流场数据,应用多个切面的流场数据进行了三维三速度分量(3D3C)尾流场的空间重构,重构后的体空间测量区域为长×宽×高=300m×320mm×280 mm的长方体区域.基于重构后的空间尾流进行了详细的无量纲轴向和无量纲平面速度的空间分布特性分析,之后对尾流场旋涡结构和流线的空间分布进行了分析.测量得到的3D3C尾流场数据可以为更好地理解船体尾部漩涡和湍流结构提供依据,为螺旋桨和船后水动力附体的适应伴流设计提供数据支撑.     

攻角效应对降落伞拉直过程影响的仿真模拟

降落伞的弹射拉直过程是降落伞工作的第一个关键动作，能为后续降落伞顺利充气创造条件。降落伞的弹射拉直过程一般处于飞行器尾流区域，尾流特性对该过程具有重要影响。开伞时飞行器的高度、 Mach数、攻角等均会对飞行器尾流造成影响，其中开伞时飞行器攻角是降落伞设计中的一个重要考虑因素。该文采用三维非定常Reynolds平均N-S(unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes,URANS)方程耦合六自由度(six degrees of freedom,6DoF)运动方程的方法，针对攻角效应对降落伞弹射拉直过程影响进行了研究。结果表明：攻角效应会显著改变飞行器尾流特性，与0°攻角相比，非0°攻角返回舱尾流呈现非对称流动特征，进而导致尾流方向与弹射初始速度方向不一致；非对称尾流会对分离体轨迹和姿态产生较大影响；攻角效应会导致分离体与尾流相对位置改变，从而影响拉直过程时间，即随着开伞攻角增加，弹射拉直时间减少。该方法和结论对于降落伞系统设计具有重要的参考价值。     

超声速立方体绕流数值模拟

为了提高对超声速钝体绕流过程激波结构以及尾流变化的认识,该文利用自适应网格加密(AMR)方法与AUSMDV格式,实现了Euler方程的数值求解。对典型二维前台阶激波反射算例的验证结果显示了AMR法的优越性。将结果应用于马赫数分别为Ma=3.0,2.0时的立方体绕流数值研究,结果显示了不同超声速来流条件下立方体头部弓形激波的变化和立方体尾流涡街的发展过程。     

桥梁吊杆索尾流驰振问题的数值研究

对一座大桥长吊杆索的尾流驰振问题进行了数值研究.基于Reynolds平均的非定常N-S方程和SST k-ω湍流模型,采用商业CFD软件FLUENT对串列双吊杆索的绕流流场进行了数值模拟,得到了不同工况下下游吊杆索气动力的瞬时值、时间平均值及其气动导数.在此基础上进行的上游吊杆索尾流中的下游吊杆索的稳定性分析发现,在设计参数下,当攻角较大或较小时是稳定的,但在攻角的中间范围是不稳定的,会发生尾流驰振现象.该结果与传统理论一致,为该桥的增设阻尼器的必要性提供了依据.     

使用WRF-Fitch对湖区风电场风力发电机尾流效应特征的数值模拟

为解析不同稳定度情况下多种风机排布配置对尾流效应的强度、作用范围和风能利用效率的影响, 以鄱阳湖地区风电场为例, 使用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecast)和Fitch尾流模型进行模拟实验。结果表明: 在不同大气层结稳定度情况下, 单个风机尾流效应的影响范围能够达到下游4~10 km处, 对下风向风速的削弱强度可达−0.2~−1.2 m/s。在风的来向上风机数量越多, 下游风速减弱越大; 正方形紧密排布风电场的尾流效应对风速的削弱效果最明显, 而空心菱形稀疏排布风电场的尾流区风速更容易恢复。由于不稳定的大气层结内热力和动力湍流交换强度更强, 更有利于尾流区内中动量的交换和下传, 因此稳定大气层结的尾流效应影响范围比不稳定大气层结更广。风机所在位置垂直剖面上的湍流动能呈现中心最强、向外耗散的特征, QKE(湍流动能的两倍)随着高度增加而先增至最大值(> 19 m²/s²), 再减至0左右, 之后趋于稳定, 最大值出现在约离地90 m的高度, 估计尾流效应的垂直影响范围可达约离地1.1 km的高度。     

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.