近似模型方法在螺旋桨优化设计中的应用

为了提高螺旋桨优化设计的质量和效率,将试验设计方法、近似模型和粒子群算法相结合,建立了基于近似模型的螺旋桨优化设计的方法.首先,以螺旋桨的几何参数为设计变量和以推力系数与效率为目标函数,引入试验设计的方法对整个设计空间采样,采用定常面元法预报程序计算出样本螺旋桨的水动力性能.其次,根据采样得到的样本库建立螺旋桨几何参数和水动力性能之间的克里格近似模型.最后,结合该近似模型和粒子群算法对螺旋桨的多目标优化设计.以P4382桨和Ka0.5导管桨为例,验证近似方法应用于螺旋桨优化设计的可行性.结果表明:近似模型方法能够实现目标桨的推力系数和效率的提高,而且优化速度快.     

基于两种螺旋桨建模方法的全附体船模斜拖试验数值模拟

应用计算流体动力学(CFD)方法数值模拟约束模试验以获取船舶操纵水动力导数,是建立船舶操纵运动数学模型的有效方法.在数值模拟全附体约束模试验中,选定合适的螺旋桨建模方法,是既快速又准确地计算船体水动力的关键.应用CFD方法求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程,分别采用体积力法和基于实桨的滑移网格法对螺旋桨进行处理,数值模拟了全附体KCS船模的斜拖试验;通过水动力数值计算结果与基准试验数据的比较,验证了所采用的数值方法的可靠性.对两种螺旋桨建模方法的结果进行比较可以发现,综合考虑计算成本和计算精度,体积力法可以代替实桨方法进行全附体约束模斜拖试验数值模拟.     

变航态推进器设计及水动力性能分析

为了改善变航态推进器的推进性能,设计了一种将前桨和后桨集成安装的水下变航态推进器.该变航态推进器采用了高速航态前桨和低速航态后桨相结合的方式,通过两个螺旋桨的转速匹配来提高推进性能.使用切割体网格划分方式对流场域进行网格划分,对推进器周围的流场进行网格加密,采用滑移网格实现螺旋桨的旋转.使用雷诺时均-斯托克斯(RANS)方法对变航态推进器的水动力特性进行了分析.从数值模拟结果可以看出:转速匹配有利于水动力性能的提升,但由于存在摩擦阻力,转速匹配不能完全抵消高速螺旋桨引入所带来的水动力性能下降;同时,旋转的前桨有助于降低后桨表面受到的不定常力.     

船用螺旋桨优化设计与参数分析

为了提高螺旋桨优化设计的质量和效率,克服传统优化设计方法依赖经验和难以获得理论上最佳设计方案的不足,以KP505桨为例,将试验设计方法、椭圆基(EBF)神经网络近似模型和遗传算法相结合,提出了基于神经网络近似模型的螺旋桨优化设计方法.用试验设计方法为神经网络近似模型的建立提供足量且高质量的训练样本,用神经网络近似模型替代面元法进行螺旋桨水动力性能计算,用遗传算法帮助设计者在设计空间内获得最佳设计方案.结果表明:该优化方法能够同时实现螺旋桨扭矩系数的降低和螺旋桨效率的提高,比面元法设计结果的解集范围更广,优化过程耗费的时间大幅度缩减.     

Kappel桨水动力性能模型试验研究

对已有传统螺旋桨进行改型设计得到Kappel桨.在空泡水筒中对设计的Kappel桨与传统螺旋桨进行对比试验,试验中测试了两者的敞水性能、空泡性能以及脉动压力.试验结果表明:Kappel桨的梢端弯折结构能够抑制梢部绕流;在设计点Kappel桨敞水效率比传统螺旋桨高1.44%左右.在空泡不剧烈的情况下,Kappel桨的一阶和二阶脉动压力幅值比传统螺旋桨要小.试验中的Kappel桨梢端弯折部分较早出现了局部小片状空泡,但随着空泡变强,由于受到弯折部分的阻隔,并未沿着导边发展,而是沿桨叶弦向泄出.为了提高Kappel桨的空化性能,要尽量减小梢部弯折部分叶剖面与来流作用的攻角.     

导管式调距桨水动力性能的数值预报分析

采用全结构化网格,利用稳态多参考系(MRF)方法,对普通调距桨和导管式调距桨变螺距下的水动力性能进行了有效预报.首先对普通调距桨水动力性能进行了计算,计算结果与试验数据符合良好.结果表明:进速系数较小时,较小螺距角才能使螺旋桨的效率达到最大,而进速系数较大时,较大螺距角才能使螺旋桨的效率达到最大;通过分析桨叶表面压力变化,发现螺距角变化较大时,叶表面压力变化不均匀,可能导致噪声性能恶化.随后计算了导管式调距桨的水动力性能,分析得出:随着螺距角减小,导管推力也减小,且大进速小螺距角时,螺旋桨效率下降迅速.最后分析了导管式调距桨的尾流场,得出了尾流场速度随螺距角变化的一般规律.     

对转螺旋桨敞水性能数值预报

建立了对转螺旋桨敞水性能数值预报模型,采用雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方法结合SSTk-ω湍流模型研究了美国泰勒水池的2组对转螺旋桨的敞水性能,通过滑移网格处理前后桨之间的相对运动,分析了前、后桨非定常推力系数和扭矩系数的变化规律.通过与试验数据的比较,结果表明:采用RANS方法结合SSTk-ω湍流模型能够较准确地预报对转螺旋桨的敞水性能;对于前后桨叶数相等的对转螺旋桨,采取小的时间步长能够提高数值预报精度,而对于前后桨叶数不等的对转螺旋桨,可以适当地加大时间步长.     

考虑螺旋桨水动力的双桨船操纵运动数值模拟

针对实桨法模拟螺旋桨旋转计算效率低且双桨船尾流场复杂,而螺旋桨体积力法一般不考虑操纵运动下尾流场不均匀性对螺旋桨水动力性能影响的问题,采用RANS方法、重叠网格技术和螺旋桨体积力法,以DTMB5415M为研究对象,进行了双桨船操纵运动数值模拟研究．首先,对DTMB5415M进行了约束模试验数值模拟,以求取操纵运动下螺旋桨的水动力性能,从而建立操纵运动下的螺旋桨修正体积力模型;然后,将该螺旋桨修正体积力模型和原螺旋桨体积力模型分别用于DTMB5415M的操纵运动数值模拟．结果表明：螺旋桨修正体积力模型相比原体积力模型考虑了船尾伴流场不均匀性对真实桨侧向力和推力的影响,可以较准确快速地进行船舶操纵运动数值模拟．     

一种超体积准则多目标遗传算法的螺旋桨叶片优化方法

为改善螺旋桨叶片敞水效率,用结合超体积准则的多目标遗传算法优化螺旋桨桨型设计.优化过程中,桨叶形状用B样条曲线拟合,利用面元法建立桨型性能模型.将计算螺旋桨升力和阻力转化为降低阻升比、桨型面积差和压力方差三个优化目标,得到优化后的螺旋桨剖面形状,并将优化前后的螺旋桨进行流体分析.结果表明,超体积准则结合多目标遗传算法进行螺旋桨叶片优化是有效的.优化后的桨型在面积差变化较小的情况下三个目标均有明显改进,螺旋桨水动力性能达到预期目标,敞水效率提升12%.     

螺旋桨流固耦合特性的数值模拟

基于ANSYS Workbench平台,利用其多场分析功能,采用求解RANS方程的方法,利用CFX求解器对螺旋桨3维流场进行数值模拟,利用有限元求解器计算螺旋桨结构响应,并将有限元求解器的设置输出为结构求解子程序,供CFX计算时调用以实现数据的实时双向传递,从而将流体计算与结构变形计算耦合起来,给出一种求解螺旋桨流固耦合问题的3维数值模拟方法,并通过与试验数据的比较验证了方法的可靠性.设定2种材料特性,对螺旋桨的水动力性能、桨叶变形及应力应变特性等进行了数值模拟.结果表明:材料特性对变形及应变较为显著,弹性桨的变形与应变较刚性桨约高1个量级;变形后的螺旋桨又对水动力性能及周围流场产生影响,弹性桨的推力和转矩均比刚性桨小.     

通气参数影响超空泡形态的研究

为获得低速段水下航行体形成通气超空泡的规律,设计了在可连续通气水洞中对航行体缩比模型的通气超空泡试验,研究了通气超空泡形态与通气参数之间的关系.通过改变水洞工作段的来流速度和压力、通气压力和通气流量等因素,获得了一系列不同形态的通气超空泡,分析了空泡的形态与通气系数之间的关系,研究表明通气空泡直径和长度均随通气系数的增大而增大,但是它们都是有一个极限值的.随着速度的增大,自然空化的影响逐渐增强,通气超空泡对通气的依赖性逐渐减弱.     

瞬变工况下螺旋桨性能

用非定常非线性涡格法计算螺旋桨尾流场预估非定常性能，并进一步计算了瞬变工况下螺钉性能，对ＤＴＮＳＲＤＣ４３８１和４３８３桨的尾流场进行了校核计算，取得了理想的结果；对ＩＴＴＣ建议的轴承力校核计算的螺旋桨，在给定的伴流场条件下计算其非定常性能，与试验结果和其他的理论方法比较，结果令人满意，最后计算了ＤＴＮＳＲＤＣ４１１８桨在变工况下性能变化过程，显示了该方法用于螺肇钉性能预估的前景。     

螺旋桨性能计算及设计的升力面方法

本文利用Kerwin尾流模型,对螺旋桨性能进行升力面数值解,并进行了理论设计螺旋桨的研究,编制了相应的螺旋桨性能计算、理论设计的计算机程序,给出了对AU 型、DTNSRDC 桨的计算实例,并与相应的试验结果和其它方法的计算结果分别进行了比较。同时,给出了一个螺旋桨的理论设计结果。性能计算及理论设计的数值结果表明了本文计算方法的可行性。     

Carbon dioxide release from the North Pacific abyss during the last deglaciation

Atmospheric carbon dioxide concentrations were significantly lower during glacial periods than during intervening interglacial periods, but the mechanisms responsible for this difference remain uncertain. Many recent explanations call on greater carbon storage in a poorly ventilated deep ocean during glacial periods, but direct evidence regarding the ventilation and respired carbon content of the glacial deep ocean is sparse and often equivocal. Here we present sedimentary geochemical records from sites spanning the deep subarctic Pacific that--together with previously published results--show that a poorly ventilated water mass containing a high concentration of respired carbon dioxide occupied the North Pacific abyss during the Last Glacial Maximum. Despite an inferred increase in deep Southern Ocean ventilation during the first step of the deglaciation (18,000-15,000 years ago), we find no evidence for improved ventilation in the abyssal subarctic Pacific until a rapid transition approximately 14,600 years ago: this change was accompanied by an acceleration of export production from the surface waters above but only a small increase in atmospheric carbon dioxide concentration. We speculate that these changes were mechanistically linked to a roughly coeval increase in deep water formation in the North Atlantic, which flushed respired carbon dioxide from northern abyssal waters, but also increased the supply of nutrients to the upper ocean, leading to greater carbon dioxide sequestration at mid-depths and stalling the rise of atmospheric carbon dioxide concentrations. Our findings are qualitatively consistent with hypotheses invoking a deglacial flushing of respired carbon dioxide from an isolated, deep ocean reservoir, but suggest that the reservoir may have been released in stages, as vigorous deep water ventilation switched between North Atlantic and Southern Ocean source regions.     

渔政船三机三桨推进装置设计研究

通过“中国渔政１１４”三桨船推进装置的研究,讨论了中桨、边桨主机功 率如何分配,部分螺旋桨处于自由转动时附加阻力如何确定,三桨推进时设 计工况如何选取,并给出了分别以中桨单独工作、边桨同时工作、三桨同时工 作为设计工况时的螺旋桨要素．     

通气超空泡通气率影响的数值仿真研究

采用理论分析、数值模拟与试验相结合的方法,对水下航行体通气超空泡通气率问题展开研究.主要利用商业软件Fluent6.3对小空泡数下的通气超空泡的通气率进行了数值仿真研究.通过模拟结果对通气空化数一定时,自然空化数和弗劳德数对通气系数的影响进行分析,并利用实验数据进行了验证.由分析得出结论:要形成相同尺度的通气超空泡,通气流量和通气率随着自然空化数和弗劳德数的增加而增加.最后得到通气率与自然空化数、弗劳德数关系的一个简单定量关系式,利用该关系可以外推出估计实际初始流场参数条件下形成指定相对尺寸的通气超空泡需要的通气量,对工程试验有一定的作用.     

Evidence for thermocline ventilation in the South China Sea in winter

Based on analysis of Levitus data in the South China Sea (SCS), this note addresses the seasonal feature of the mixed layer and thermocline in the northern SCS in winter, and demonstrates thermocline ventilation during the winter period. The ventilated thermocline is isopycnic layers between sigma 22.0 and 23.5, the other layers beneath is not ventilated yet. The process of thermocline ventilation is accompanied by detrainment water from the mixed layer into the thermocline at the outcropping line and moves to the south. Forced by subduction, the seasonal southward propagating signal also appears in the unventilated thermocline. The horizontal component of the signal propagatesalong the isoline of potential vorticity (PV), in other words, moves around a seasonal PV pool.     

融合升力线理论和雷诺时均模拟在螺旋桨设计和 水动力性能预报中的应用

同时采用Lerbs非最优螺旋桨理论和Epps最佳环量分布理论,将螺旋桨升力线方法由初始设计应用扩展到敝水性能预报,对DTMB 4119、4381、4382和4497这4个螺旋桨的敞水性能曲线进行了预报分析.针对升力线方法在中度负载区间的适用限制和无法在黏性流场中考虑桨叶空化性能的缺陷,进一步将Epps方法与雷诺时均（RANS）模拟相结合,可明显提高低、高负载区间的敞水性能预报精度.Epps方法预报精度要高于Lerbs方法,能够满足工程初始分析需求.随着远离设计工况点（低、高进速系数）其预报误差变大,桨叶侧斜程度和纵倾存在也会增大预报误差.RANS模拟时桨叶切面型值由升力线方法提供,桨叶几何和六面体网格划分均采用程式化操作实现.在分析网格因素影响后,所得推力和力矩系数以及压力系数分布均匀与实验值吻合较好.在RANS模拟中加入混合物均相流空化模型后,可定量得出桨叶梢涡涡束在一定距离内的螺旋轨迹.结合桨叶最大负载截面的空化斗性能和梢涡涡束最小压力点幅值,可相对判定桨叶空化性能.构建了基于水动力性能评价的螺旋桨参数化设计和非空化与空化性能预报的数值平台.
     

Experimental Investigation on Local Air Age and Air Distribution of Stratum Ventilation

Because of the multiple problems on high energy consumption and unbalanced thermal comfort caused by the traditional ventilation system,a new concept of ventilation-stratum ventilation has been proposed,which sends the fresh air to the breathing zone directly.In this paper,the local air distributions of the displace-ment ventilation and the stratum ventilation in a model office were measured.The air ages in the breathing zone for the displacement ventilation and stratum ventilation were compared with the tracer gas concentration decay method.The decay curves of tracer gas concentration for these two ventilation systems in the breathing zonewere obtained, and the air ages were calculated.The experimental results show that the stratum ventilation sys-tem can offer lower air age for four mechanically ventilated cases in the breathing zone,and it can also provide better thermal comfort,which renews the air of breathing zone more quickly and reduces the energy consump-tion in some degree.The experimental investigation provides a theoretical basis for the application of stratum ventilation system.     

中长公路隧道纵向通风计算模型

运用微分算子法,分析了中长公路隧道中的有害气体浓度的分布规律。以人体安全指标、隧道长度、交通量为主要依据,讨论了中长公路隧道是否需要机械通风的标准,建立了中长公路隧道纵向通风计算模型,并应用工程实例进行验证。结果表明:在近期,该隧道不需要通风;在远期,该隧道需要通风。所提出的计算模型为今后的中长公路隧道通风设计计算提供了参考。图1,参9。