基于OpenFOAM的数值波浪水槽研究

使用设置造波边界法和质量源造波法建立了数值波浪水槽,采用阻尼消波法进行消波.设置造波边界法根据行波的解析解或数值解来给定边界上的流速和波高值.质量源造波法是在水槽中特定位置,将质量源项加入到质量守恒方程中.使用该数值水槽模拟了线性波浪和二阶Stokes波,并与理论解进行了对比,结果显示两种造波方法都能有效模拟行波.设置造波边界法必须指定速度和波面边界,不适用于波流相互作用等边界未知的情况,而源造波法则能适用.但是由于源造波法需要在两端设定造波区域,计算区域更大,其造波效率低于设置造波边界法.     

基于OpenFOAM的离心泵内部流动数值模拟

分析了离心泵内流模拟中存在的问题,指出开源CFD软件是提高离心泵内流模拟精度的必然选择.通过在开源计算流体力学软件OpenFOAM的求解器中添加GGI动静耦合处理程序,实现了OpenFOAM在泵内流数值模拟中的应用.应用修改后的OpenFOAM求解程序对一比转数为117.8的离心泵不同工况下的内流场进行数值模拟,并将数值计算结果与试验结果进行了对比,同时分析了叶轮内部流场的分布规律.研究结果表明,设计工况下的计算扬程相对误差最小,约为-3.5%,而小流量工况下误差最大-6.4%;各工况下的计算效率绝对误差范围均在-0.5%以内.这说明设计工况下的模拟结果优于非设计工况下的计算结果.同时,叶轮内部压力分布和相对速度分布规律符合离心泵内部流动的一般规律.     

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.     

基于OpenFOAM几何流体体积方法的波浪数值模拟

波浪数值模拟一直是船舶海洋工程领域非常重要的研究课题.该研究基于开源计算流体力学分析平台OpenFOAM对Stokes五阶波进行模拟.由于几何流体体积(VOF)方法中的几何重构处理能够实现对自由液面更精准的捕捉,所以该研究采用了OpenFOAM内置几何VOF方法——isoAdvector方法,进行自由液面捕捉,通过二次...     

基于OpenFOAM的静电除尘器电场分布并行数值模拟

为了快速求解线板型静电除尘器电场分布问题,采用OpenFOAM开源有限容积库及g++自定义静电除尘器电场分布求解器并行模拟计算。结果表明:串行计算与并行程序的计算结果完全吻合。在并行计算过程中,在处理器数量为2颗和4颗时会出现超线程加速比现象。随着并行处理器数量增加,并行加速比呈非线性增加,并行加速比先增加后减少。对于相同的收敛准则,高网格数量情况下的并行加速比小,并行效率低。     

基于OpenFOAM的旋转弯曲通道内流动的数值模拟

离心式叶轮机械的叶轮通道内的流体流动受到旋转效应与曲率影响而产生强烈的二次流现象.二次流是叶轮通道内流动损失的一个原因,对离心叶轮机械的性能产生不利的影响.应用开源CFD软件OpenFOAM对旋转情况下的90°弯曲通道内的不可压缩流体流场进行三维黏性数值模拟.研究了弯曲通道在不同转速下哥氏力与离心力共同作用对主流速度、二次流及压力特性的影响规律.结果表明:与静止通道相比,旋转产生的哥氏力在弯曲管段形成不对称的二次流,使通道内涡结构变得复杂;甚至在较高转速下二次流方向发生反向.     

基于OpenFOAM的弧板式透空堤水动力特性数值研究

为探讨一种弧板式透空堤的水动力特性,基于OpenFOAM建立了波浪与弧板式透空堤相互作用数值模型,探讨了弧板式透空堤的消浪特性、压强特性及流场分布情况.结果表明:本次数值试验范围内,波浪对弧板式透空堤的透射系数随相对板宽的增大而减小,反射系数则相反.弧板式透空堤上下表面所受波浪正压强与负压强分布呈现对称特性,且大部分工况下的波浪压强极值发生在结构物偏迎浪向一侧的测点位置处.弧板式透空堤位于静水面及以上时,消浪效果明显优于其位于静水面以下.弧板式透空堤对其周围流场影响显著,在其迎浪向与背浪向位置均产生较为明显的漩涡.     

基于整体海洋平台模型的下落物体撞击数值仿真

针对海洋平台受落物撞击后的性能进行研究,采用非线性有限元数值仿真方法,探讨了落物撞击模型的建模技术和参数选取,建立了整体海洋平台模型,对落物与平台的撞击进行了数值仿真,并分析了撞击全过程,得出下落物体撞击海洋平台过程中关于碰撞力、结构损伤变形及能量转换等的一般性规律。主要结论如下：海洋平台结构的碰撞损伤变形主要表现为弹性变形,绝大部分塑性变形发生在撞击区域;海洋平台整体具有较好的弹性变形性能,能够降低下落物体撞击引起的结构损伤;建模时必须建立整个海洋平台模型,以充分体现平台结构的整体性能。     

配重变化对重力式网箱网衣水动力特性影响数值分析

利用集中质量方法建立了模拟水流作用下网衣动态变形的数学模型.利用此模型分析了重力式网箱在均匀流作用下,不同的配重重量对其受力和变形的影响.对不同流速不同配重大小情况下重力式网箱网衣所受荷载和变形进行了模拟.为了验证数学模型的有效性和数值模拟结果的正确性,将模拟结果与Lader等的试验结果进行了比较.结果表明计算和试验结果吻合良好,各种工况和配重条件下计算结果相对误差都在15%以内.该研究结果为水流条件下网箱的数值模拟奠定了基础.     

极端海况下重力式网箱系泊系统数值模拟

开展系泊系统水动力研究对于大型深海重力式网箱在恶劣海况条件下的长期使用具有重要意义.首先采用集中质量法构建重力式网箱系泊系统简化力学模型,基于海洋工程水动力分析软件O rcaFlex建立重力式网箱数值模型,并通过水池物理模型试验验证了在规则波工况下数值模拟结果的可靠性;进而针对钦州湾20 m水深的重力式网箱系泊系统开展了极端海况下的水动力数值研究,极端海况采用了百年一遇极端波浪条件,考虑网箱结构的对称性特点,代表性地分析了0°与45°两种浪向角下系泊缆绳张力变化的差异.研究结果表明,当浪向角为0°即平行于系泊系统中轴线时,缆绳张力幅值较小且受力均匀.研究结论对同类型重力式网箱系泊系统的科学布置具有一定的参考价值,并为大型深海重力式网箱的规模化运行提供前期研究基础.     

重力式桥台施工技术分析

重力式桥台属于大体积混凝土结构,选择合理的施工程序和施工方法进行施工,能够保证桥台结构尺寸;采取科学的施工控制措施,可以有效防止大体积混凝土裂缝的产生。     

重力式平衡机的灵敏度分析

重力式平衡机是利用偏重力矩检测盘状零件不平衡度的一种设备。它有一个很灵敏的零件架。本文对它的三种支承型式的灵敏度进行了分析,弄清了影响平衡机灵敏度的有关因素,从而,为设计高灵敏度的重力式平衡机指明了途径和方法。     

重力式挡土墙垮塌事故分析

通过对一例重力式挡土墙垮塌事故原因的剖析,引发对挡土墙工程带有共性问题的思考,可资同类工程设计和施工借鉴.     

开敞式重力墩码头可靠度分析

以我国两座开敞式重力墩码头的靠船墩和系船墩为例,考虑了变量间的相关关系,采用校准法对码头的抗滑和抗倾稳定进行了可靠度分析,并提出了有关的分项系数值,为港口工程技术规范修订提供依据。     

重力式海洋平台地震反应分析

本文对重力式海洋平台在地震扰动下的动力反应进行了试验研究和理论研究,主要工作如下; 1.对1:50的重力式平台模型在地震模拟振动台上进行了无水和有水两种情形下的对比试验,测定了模型的自振频率、振型阻尼比和地震反应。2.对重力式海洋平台进行了地震反应分析。所选择的计算模式考虑了地基-结构间的相互作用,并考虑了由于甲板质量存在偏心而引起的扭转效应。用附加质量和附加阻尼的方法考虑了流体-结构间的相互作用。3.用Fortran语言编制了计算机程序,并对所模拟的原型进行了参数研究,得到了原型在地震扰动下的动力反应,可供平台设计人员参考。     

基于互联网的重力式码头CAD集成系统

应用Web、Java及分布式并行编程技术,将已有的重力式码头CAD集成系统设计平台从个人PC向互联网转移而形成其网络应用系统WebGWCAD(web based gravity wharf CAD system)．利用小程序(Java Applet)编制客户端,利用Java Servlet扩充Web服务器进行系统调度,通过互联网充分利用远程PCs集群的强大计算能力对码头设计并行优化选型,计算结果及工程文档可以由用户下载到客户机或直接由小程序进行后处理,作为对工程分析设计软件网络化应用的探讨．WebGWCAD可以为相似软件系统的网络化应用提供一个思路．     

海上重力式平台波浪力的数值计算和实验验证

根据重力式平台的受力特性,平台的波浪荷载分成两部分计算。上部立柱作为小尺度结构按Stokes五阶波理论计算;下部沉垫视为大尺度结构物,用线性绕射理论计算。绕射计算中采用了不同形式的格林函数,提出了一个奇点处理的方法,使计算得以简化。整个数值计算方法具有快速、经济的特点,计算结果与整体模型实验结果进行了比较,符合良好。     

重力式油气分离器内聚结元件分离流场的数值模拟

应用标准к-ε模型和多相混合模型,对重力式油气分离器内聚结元件分离流场进行了数值模拟,通过比较含有竖向平行板、蛇形相向、相背平行板和田字板4种不同聚结元件的分离器内部流场中速度矢量和各相体积分数分布,得到了不同构件的聚结特性.结果表明,聚结元件具有稳定流场,抑制涡流,对液滴进行有效聚结的优点,其中田字型板聚结元件效果最优,蛇形相向平行聚结板次之,而竖向平行板聚结元件的聚结效果最差.为分离器的设计提供了参考依据.     

重力式挡土墙结构模糊随机可靠性分析

考虑可靠性分析模型中随机参数的模糊性,利用一次二阶矩法建立模糊随机可靠性分析模型。利用分解定理,取一系列λ截集,将模糊数转换为一系列区间数进行运算,得到一种模糊随机可靠度的计算方法即λ截集法。分别建立倾覆失稳和滑移失稳2种失稳模式下的结构功能函数,确定2种失稳模式下模糊随机变量,利用模糊随机可靠度的计算方法分别对2种失稳模式进行计算,得到2个相应的模糊随机可靠度指标及失稳概率。将该计算方法与相关文献提供的计算方法进行对比。研究结果表明:由λ截集法与其他算法所得计算结果差异明显,其原因是其他算法把挡土墙的结构功能函数Z假设成正态分布,从而得出的概率密度函数f(Z)有误差;采用λ截集法计算的模糊随机可靠度更符合实际情况。     

压燃式自由活塞直线发电机工作过程数值仿真

为研究压燃式自由活塞直线发电机的动力学特性,对其启动和稳态工作过程进行了数值仿真计算,并对自由活塞直线发电机的负荷特性和频率特性进行了分析.结果表明,与曲柄连杆式发动机相比,自由活塞发动机在其上止点附近有非常大的加速度,使得在上止点附近压缩行程较慢和膨胀行程较快.随着系统输出功率的提高,自由活塞发动机的缸内峰值压力、压缩比及指示效率不断下降;而直线电机载荷系数、峰值电磁力及循环加入能量不断增加.随着系统的运转频率不断提高,直线电机的载荷系数不断降低,最大峰值电磁力将在中间某一工作频率取得;而活塞平均速度、自由活塞发动机的指示效率和系统输出功率不断增加.