典型外飘剖面有限水域入水砰击分析

针对大外飘船艏结构的砰击压力特性,应用重叠网格法对结构入水砰击过程进行仿真研究.分别讨论了当外飘结构底部为尖底形或球鼻艏形时,结构质量、入水初速度和流域宽度对砰击压力特性和入水速度的影响.另外,分析了限制流域宽度带来的侧壁面效应对外飘结构发生入水砰击时的自由液面抬升、水下压力分布的影响,对外飘砰击压力预报以及船艏结构优化具有一定参考意义和价值.     

二维楔形体入水砰击仿真研究

基于数值仿真的方法对二维刚性楔形体的入水砰击问题进行了研究.建立了包含气水流场的二维有限元模型,考虑空气、重力等因素在砰击过程中的影响,研究了流场的自由液面、压力和速度等物理量的变化情况.对不同入水角的楔形体入水的砰击压力峰值系数进行了计算,分析压力峰值的变化规律.结果表明,楔形体入水砰击压力峰值系数不仅与入水角度有关,而且与入水速度也有很大的关系.     

结构物砰击入水问题研究进展

结构物砰击入水问题是一类复杂的流固耦合问题,具有广泛的工程应用前景。结构物从一定高度落下以一定速度砰击水面,早期主要针对砰击入水过程的结构响应开展研究,而对入水后水下压力场突变和兴波等却研究较少,而随着大型桥梁和海洋工程日渐增多,在这些工程的施工和使用过程中也出现了大型结构物砰击入水的现象,如广东九江大桥被撞垮塌后大面积桥面落入水面等,这种砰击入水后水下压力场突变和兴波等会对周围结构物产生一定影响,评价这种影响对施工和设计具有现实的工程意义。文中综述了过去七十多年里人们在结构物砰击入水问题研究中取得的成果,分别从理论分析、试验和数值方法三个方面介绍了结构物砰击入水的研究进程,比较了各种研究方法的优缺点,再以九江大桥桥面垮塌为例,提出采用结构物砰击入水理论来评价此类大型结构物砰击入水后水下压力场突变和兴波效应等对周围结构物如桥梁桥墩结构的影响,最后展望了结构物砰击发展方向以及将其应用在桥梁建设过程中的可行性。     

船体砰击响应的一种预报方法

船体砰击响应的一种预报方法邢殿录，马骏（大连理工大学船舶工程学院，大连１１６０２４）ＭｅｔｈｏｄｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｌａｍｍｉｎｇｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｍａｒｉｎｅｖｅｈｉｃｌｅｓＸｉｎｇＤｉａｎｌｕ，ＭａＪｕｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＮａｖａ...     

平底结构砰击压力峰值分析

利用MSC.Dytran仿真软件研究了平底结构的入水问题,建立了二维有限元模型,对不同质量的平底结构分别以等速、初速度入水的情况进行了计算.结果发现,存在于结构与水之间的空气层充当了缓冲垫,大大减小了砰击压力;结构的质量对于砰击压力大小也有很大影响.研究表明,计算机仿真技术可以有效地用于结构入水问题,并能获得试验和理论研究难以发现的现象.     

40m游艇艇艏砰击压力有限元分析

为了研究艇艏横倾时的砰击状况,采用数值模拟的方法对一艘长40 m钢制游艇的艇艏砰击性能进行了分析.在验证有限元方法模拟船舶入水砰击的基础上,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立船艏二维有限元模型,分析了游艇不同入水速度和横倾角对艇艏砰击压力的影响规律,数值模拟结果为预报艇艏的砰击压力状况提供依据,为游艇的结构设计提供参考价值.     

失事航天器高速入水砰击数值模拟研究

针对失事航天器入水砰击过程中水动力系数求解精度较低的问题,基于流体体积(VOF)多相流模型和自然空化条件建立了复杂结构物高速入水砰击数值模型,模拟圆柱体入水砰击过程,对砰击荷载、阻力系数、速度和加速度变化规律进行预报,并将数值模拟结果与试验结果进行了精度对比,验证了本研究方法的精确性.在此基础上以典型航天器为研究对象,...     

基于TR-PIV的刚性楔形体入水砰击载荷研究

针对物体入水问题,提出了一种基于时间解析粒子图像测速(TR-PIV)技术的刚性楔形体入水砰击载荷评估方法.通过高频率的TR-PIV测试系统得到砰击瞬时流场的流动信息,以此为基础采用分块多路径积分方案求解不可压缩纳维-斯托克斯方程重构砰击载荷.试验研究了刚性楔形体以垂直速度入水时的砰击载荷分布,并将试验结果与基于势流理论的二维楔形体入水问题解析解进行对比,验证了楔形体入水过程中基于TR-PIV技术进行砰击压力重构的准确性.结果表明:流场速度峰值主要分布在堆积区域,在砰击初期,该区域内流速迅速增加,约在10ms后流速逐渐降低并趋于平稳;压力场重构结果显示压力峰值同样始终分布在堆积区域,并沿着楔形体壁面向下迅速下降.     

楔形体入水冲击中的壁面效应分析

为了分析楔形体入水冲击中壁面的影响,采用有限体积法和重叠网格技术建立了楔形体在有限流域入水冲击下的数值模型.通过不同网格密度和时间步长下冲击载荷的比较,论证了数值模型的收敛性.通过与文献结果的对比,验证了数值模型的正确性.利用已验证的数值模型,分析了流域宽度和深度对冲击载荷的影响.将有限流域和无限流域入水冲击载荷的无因次比值定义为壁面效应,进而分析了冲击速度和底升角对壁面效应的影响.结果表明:深度和宽度方向的壁面效应会增大楔形体的入水冲击载荷,冲击速度对壁面效应影响较小,底升角越小的楔形体,深度方向的壁面效应越明显.     

带有阻流板的双体船水动力性能数值研究

为探讨阻流板对船体水动力性能的影响,采用FLUENT软件对双体船安装阻流板前后的水动力性能进行了研究.通过对安装阻流板前后船体阻力、升力和纵倾力矩的计算对比,讨论了安装阻流板前后双体船水动力性能的变化.计算了带有不同高度阻流板的双体船在不同航速下的阻力、升力和纵倾力矩,比较了带有不同高度阻流板的双体船水在不同航速下的动力性能,并对安装阻流板前后尾部速度分布、尾流场波形及船体升力增加的区域进行了研究,探讨了阻流板改善船体水动力性能的作用.     

V锥差压流量计三维数值模拟与改进分析

应用计算流体力学方法对V锥差压流量计进行了数值模拟,分析了流量计内部的水利特性,并将数值模拟数据与试验数据进行了比较.数值模拟结果表明,V锥差压流量计的法兰对局部流场的影响较大,给试验测量带来较大误差.通过优化法兰的形状,可以改善法兰周围的扰动、提高测量点之间的压力差和提高测量精度.     

基于船模试验大外飘船型入水问题的分析

在拖曳水池对四条艏部线型不同的姊妹船进行了分段模型砰击试验,通过对模型砰击压力及运动的测量,提出针对外张砰击的压力持续时间和砰击系数的计算公式,提出的砰击时间计算公式更能够反映出不同位置处和不同海况下的差异,而基于砰击系数计算公式预报的压力峰值与试验结果也比较一致.引入外张度这一概念来衡量艏部线型变化对砰击压力的影响,结果表明:在低海况下,四条船测得的结果很接近,这说明此时线型的变化对砰击带来的影响不大,但随着海况越大,线型的变化对砰击带来的影响也越大.     

结冰数值模拟中网格收敛性验证

对任何基于网格的数值模拟而言,获得网格收敛的解是结果可信的必要条件,结冰模拟也是如此。为充分、完整地考察目前普遍使用的结冰数值模拟算法的网格收敛性情况,详细定量地验证了其在霜冰、混合冰、明冰等诸多工况下的网格收敛情况。结果表明:当前普遍使用的算法基本上可以获得网格收敛的结果。其中霜冰的收敛规律较好,角状冰收敛的规律性不如霜冰情况。目前常用算法的可靠性基本上满足工程需求,但对于有角冰的情况,在实际应用中需要进行详细谨慎的网格收敛性验证。     

混合弯管湍流的数值模拟

正确计算出弯管内流体交汇处附近的流场和温度场的分布情况，对于设计合适的入口管道位置具有重要意义。以工程中常见的弯管为例，应用计算流体力学（CFD）技术，研究管中的流体状态参数。使用目前通用的专业CFD数值计算软件FLUENT对管道内流体进行二维数值模拟，分别对算例采用一阶离散化方法和二阶离散化方法进行模拟，并对二者的结果进行比较分析。结果表明，以κ-ε双方程模型解决这样的问题可获得满意的结果。     

流道形状对PDC钻头头部流场影响的数值模拟

利用计算流体力学对两种不同流道形状的PDC钻头头部的三维流场进行了数值模拟.流场的网格划分采用混合网格形式,保证了计算精度和计算速度的要求.对两种钻头模拟结果表明,流道形状的改变对钻头流场存在较为明显的影响.通过对钻头表面和流场中截面的静压云图和速度矢量图的对比分析表明,改变了流道形状的钻头2的流场明显优于钻头1的流场,且模拟结果得到了实验的验证.     

基于CFD的油品泄漏扩散过程的数值模拟

构建油品泄漏扩散过程的三维计算流体力学（CFD）模型,研究地面粗糙度、泄漏口直径、泄漏速度和油品物性等因素对液池面积的影响;并根据液池扩展理论结合模拟结果拟合得到计算液池面积的经验关联式,可用来预估不同泄漏情况下液池的面积。结果表明液池面积随时间呈线性增加,随地面粗糙高度增大而减小,随泄漏速度、泄漏口直径增大而增大;地面粗糙常数、油品的密度和黏度对液池面积的影响较小。该研究结果可望为确定泄漏事故的影响范围及采取相应的防护措施提供理论基础和技术指导。     

连续高速分散混合器流体流动的数值模拟

采用计算流体力学（CFD）软件FLUENT6.1的标准k-ε双方程湍流模型及多重参考系（MRF）法对连续高速分散混合器内的流场进行了数值模拟，得到了不同操作转速下的压力场和速度场。所得压力模拟结果与实验数据相符，表明压力与转速成反比关系；速度场的模拟计算结果与文献值相符；同时研究了不同转速下混合器内的最大剪切速率、最大湍流动能及最大能量耗散速率随操作转速的变化规律。     

测量低黏度流体介质金属管浮子流量计的仿真研究

为深入研究金属管浮子流量计的工作机理,采用计算流体力学和流体力学中湍流模式理论,对金属管流量计流场进行了数值仿真研究,获得了低黏度流体介质中浮子受力及浮子在受力平衡下的流量．数值模拟与物理实验标定数据的对比表明,模拟计算的流量最大满度误差为5．469 5％,平均满度误差为2．473 1％,说明数值仿真模型能满足金属管浮子流量计设计的需要．     

基于CFD-DEM耦合并行算法的锥形喷动床内离散颗粒数值模拟

基于FLUENT软件的MPI平台,在二次开发框架内通过用户自定义函数文件实现了CFD-DEM耦合并行算法.该并行算法具有随CPU核数增加的较佳扩展性能和良好加速性能.通过构建空隙率标量场、重组基于局部平均并考虑气-固相互作用的气相控制方程,提高了气相控制方程的求解稳定性与收敛性;通过软球模型确定颗粒-颗粒及颗粒-壁面间的相互作用,以曳力模型为基础建立了相间相互作用关系.将该CFD-DEM耦合并行模型应用于锥形喷动床气固两相流动的数值模拟中,结果表明:该CFD-DEM耦合并行模型能较好地模拟锥形喷动床内气固流动行为;锥形喷动床内的颗粒流动经历了鼓泡阶段和稳定流态化阶段;在稳定流态化阶段,物料流动具有明显的周期性.基于锥形喷动床内颗粒相的瞬时速度场,获得了稳定流态化阶段颗粒的时均速度分布规律.