基于FLUELT的滑行艇直航运动数值模拟计算

针对滑行艇运动的水动力性能预报问题,在FLUENT软件平台上,使用VOF方法,结合RNGk-ε模型,通过求解Navier-Stokes方程,对水面滑行艇的直航运动进行数值模拟计算,获得滑行艇航行阻力随航速变化规律.该规律直观反映了滑行艇周围流场变化情况和滑行艇艇底的压力变化情况.FLUENT计算结果与船模试验值及理论估计值的比较结果证明了在FLUENT平台上模拟水面滑行艇直航运动和研究水动力性能的可行性,该方法具有较高的准确性.     

静水中高速艇纵向运动数值模拟

为准确估算高速艇在静水中航行的水动力性能,以某高速艇为研究对象,基于CFD（Computational Fluid Dynamics）技术,应用切割体网格和重叠网格、两相流、VOF模型、6-DOF模型等物理模型和k－ε湍流模型,对静水中高速艇升沉、纵摇耦合运动进行数值模拟,分析了高速艇阻力随航速变化及运动过程中纵倾角度和重心位置的变化情况,并将计算结果与船模实验值进行了比较,以证明高速艇纵向运动水动力性能数值模拟方法的可行性和准确性.     

高速滑行艇“海豚运动”现象的实时数值预报方法

基于计算流体力学软件FLUENT及滑行艇纵向运动方程,编写了耦合求解滑行艇纵向运动响应特性的数值预报程序,进行了均匀来流中三维滑行艇模型"海豚运动"现象的数值模拟,分析了滑行艇在不同航速及重心位置条件下的升沉、纵摇运动特性.结果表明:当滑行艇的重心与艇艉的距离lg=0.231L(L为艇长),体积Froude数Fr▽≥2.7时,滑行艇出现"海豚运动"现象,且艇体的升沉量、纵倾角和响应频率均随着航速的增加而增大;当Fr▽=5.0,滑行艇重心处于lg=0.381L,0.351L时均出现"海豚运动"现象,且其升沉量、纵摇角的幅值和响应频率均随着重心纵向位置移向艇艉而增大.     

片体对滑行艇横向抗倾覆性影响的数值研究

为提升滑行艇的横向抗倾覆性,提出了一种能够自由收放片体的新概念滑行艇,并对其单体和三体形态强迫横倾时的横向复原力臂和阻力进行了分析.首先,采用RANSE-VOF求解器计算无横倾时的阻力和航态,并开展试验进行验证.然后,模拟两种形态下不同固定横倾角静水中艇周围的绕流场,分析横倾角和片体纵横向位置对横向复原力臂和阻力的影响...     

断级对三体滑行艇水动力性能影响的数值研究

为了研究三体滑行艇设置断级后的减阻效果,利用数值手段分别模拟了三体滑行艇的双断级方案和无断级方案在容积弗劳德数从3.14到5.83之间的绕流场,并将计算值与试验值进行了对比,验证了该方法的有效性.计算结果表明:槽道通气后其内部空气被吸入艇底形成了断级后空穴;所设置的双断级在减少艇底浸湿面积的同时提升了主艇体滑行面的滑行效率,在计算的速度范围内均有较好的减阻效果;断级对三体滑行艇的影响随着航速的增加而愈来愈明显,在计算的最高航速下,双断级可减少主艇体49.1%的浸湿面积,提升16.1%的主体升力,获得的阻力收益为17%;同时,断级还削弱了槽道内兴波,减少了槽道的浸湿面积.     

基于2D+t势流方法的滑行艇静水姿态预报研究

为了预报滑行艇在静水中的运动姿态及垂向力分布情况,采用2D+t势流方法,将滑行艇直航问题转化为二维剖面入水砰击问题,建立滑行艇静水运动姿态的时域预报模型．对滑行艇剖面入水砰击载荷采用MLM(改进Logvinovich模型)砰击模型进行计算,并针对2D+t理论对滑行艇静压力及首尾部水动力三维效应预报的不足之处进行了改进．针对滑行艇约束模,改进2D+t方法得到的垂向力沿船长方向分布情况能够与三维黏流CFD(计算流体力学)结果符合较好;针对自由模,改进2D+t方法得到的运动姿态能够与模型试验结果符合较好,证明了改进2D+t方法对滑行艇在静水中的水动力问题具有较好的预报精度．     

双断级滑行艇水动力特性数值研究

基于CFD方法对某双断级滑行艇在不同航速下的绕流场进行了数值模拟,通过与试验值的对比验证了数值方法的可行性,结合试验中航态的变化研究了断级后空穴产生机理、艇底湿表面、压力分布及各滑行面的负荷系数.数值模拟结果表明:断级后低压区是空穴形成的直接原因,空穴核心区域以气相为主,外围则为水气混合物;空穴的存在减少了断级后的浸湿面积,并导致艇底压力的阶跃式变化;当容积弗劳德数Fr2.63时,驻点线与艏部第一断级相交,导致该断级后部出现较大的浸湿面,在设计中应予以避免;在滑行阶段,第二断级后滑行面提供大部分的升力,其最大负荷系数为0.67.     

高海况机翼波浪地面效应数值模拟与分析

针对三维等直机翼型(NACA0015),采用计算流体动力学(CFD)分析方法,以非定常不可压缩流动N-S方程和2阶RNGk-ε湍流模型,对高海况波浪地面效应进行了数值模拟与分析.首先在二维情况下数值模拟分析了波浪地面效应,讨论了计及当地风速和波浪行进速度的必要性,同时分析了高海况下波浪地面效应翼型气动力系数随飞行高度变化趋势及原因.在此基础上,计算分析了三维情况下,等直机翼在不同航向与风向角时的气动力系数及滚转力矩的变化,并重点对侧风影响下的滚转力矩产生机理及变化特点进行了论述.通过数值模拟,初步探讨了高海况下波浪地面效应对等直机翼气动特性的影响规律,为深入研究高海况对地效飞行器设计的影响提供了依据.     

限宽水域中船舶平面运动机构试验及水动力导数数值模拟

为探究有限宽度水域中大型船舶的水动力特性,基于计算流体力学(CFD)技术对限宽水域中的平面运动机构(PMM)试验进行数值模拟.在对有限水域宽度的PMM试验的动态模拟上,开发了混合动网格技术,数值计算结果与循环水槽PMM试验结果对比证明采用该方法有效.继而模拟不同宽度水域中的PMM试验,分析船舶水动力随运动速度变化的关系.结果表明,限宽水域中水动力随运动速度变化的非线性特征更为显著,船舶操纵加速度导数增大,位置导数减小,旋转导数的绝对值有所增加,二阶非线性导数值变化较大.     

圆柱绕流的三维数值模拟

利用计算流体力学软件CFX－4,对粘性不可压缩流体的圆柱绕流进行了三维数值模拟,采用有限体积法和SIMPLE计算程式,利用不可压缩Navier-Stokes方程,模拟雷诺数在亚临界区内的绕流流动,并计算了流体的水动力特性。为克服数值模拟高雷诺数时的数值不稳定性,计算中采用了QUICK迎风格式,其对流项为三阶精度,其余项如扩散项等为二阶精度,圆柱两端边界采用周期性边界条件。计算结果表明,高雷诺数时圆柱周围的流动具有明显的三维特性,且沿柱长方向不同断面的升力和阻力系数并不相同。同时,对圆柱绕流进行了二维数值模拟,并与三维数值结果进行比较,发现三维模拟的升力和阻力系数均小于二维模拟。     

基于计算流体动力学的汽车外形数值模拟

随着计算机技术的发展和数值模拟的兴起,基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)的数值模拟在汽车空气动力学研究中有越来越重要的作用.应用CAD软件CATIA建立汽车的3D自由曲面模型,以CFD为基础运用流场分析软件FLUENT对汽车自由曲面外形进行数值模拟,获得了汽车外形的空气动力学特性,为汽车设计和选型提供了重要依据.     

计算网格与湍流模型对柴油喷雾多维数值模拟结果的影响

为探明柴油喷雾数值模拟的影响因素，用CFD多维数值分析软件研究了柴油喷雾的油束特性．计算结果表明，网格的划分直接影响计算结果的正确性和油束的几何形状．建立计算网格时，要注意网格均匀一致，避免网格密度突变；特殊几何形状壁面附近局部贴体坐标网格的范围不宜太大，否则会引起计算结果的畸变．对不同湍流模型的计算试验发现，RNG κ-ε湍流模型计算精度高、成本低，适合于柴油机缸内喷雾的数值模拟。     

计及浅水及岸壁效应的KVLCC2船体斜航运动水动力数值计算

通过求解不可压缩流动RANS方程,确定浅水及岸壁效应对船舶水动力的影响.选用RNG k-ε湍流模型,使用全六面体网格进行离散,数值模拟了KVLCC2船体在不同水深和航道宽度情况下作直航和斜航运动时的粘性流场,得到作用在船体上的水动力.将计算结果与试验结果对比,验证了计算方法的有效性.     

航弹尾流场数值模拟及柔性开舱可靠性分析

为了研究航弹柔性开舱可靠性,通过分析动态条件下弹簧引导伞的运动过程,获知弹尾部流场的复杂性;采用数值模拟计算,求得了弹底尾部压力场、速度场及涡流区的分布规律;依据流体动力学原理,建立了弹簧引导伞计算模型,由能量守恒原理,得出了柔性开舱可靠性的判定依据.     

圆柱在波浪中入水的数值模拟

为了研究波浪对圆柱入水过程的影响,采用二维CFD(Computational Fluid Dynamic)方法数值模拟了圆柱在规则波中的入水过程.该方法采用自由液面捕捉法和直角切割网格系统分别处理自由液面和物体动边界,结合推板造波和海绵阻尼消波原理而实现数值造消波,并分析波浪参数(波高、周期和圆柱入水时的波浪相位)对圆柱入水动力特性的影响.以在波浪中的起重船上悬吊圆柱入水作为工程应用实例进行数值模拟,研究不同工况下绳索的张力变化和重物的运动特性.     

膜孔灌自由入渗土壤水分运动数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立膜孔灌自由入渗土壤水分运动的数学模型,利用室内试验对模拟结果进行分析验证,模拟值与实测值基本吻合,所建模型合理.用所建模型对不同因素组合下膜孔灌自由入渗土壤湿润体水分分布和入渗特性进行模拟分析,结果表明:土壤质地、容量、膜孔直径、初始含水率和灌溉水深对土壤水分分布模式影响很小.土壤质...     

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.     

楔形滑体运动特征数值模拟及分析

文章将常见滑坡模型进行简化,把滑体的运动状态分为失稳启动后斜面运动阶段和水平运动阶段。通过FISH语言编写PFC3D颗粒流运行程序,模拟并分析了滑体从开始解体到运动停止堆积状态的整个运动过程。考察滑体在不同时刻的运动形态变化,记录了滑体内部颗粒接触数目与滑体能量随时间变化的规律。通过在相关特征部位设定监测点,获得滑体不同部位的总速度、纵向速度和纵向位置等运动特征参量。结果表明:滑体各部分运动状态受所处的初始位置影响很大;滑体颗粒不光有前后运动还有横向运动;滑体中不同能量变化差异较大。     

三种工况下裸体状态数值假人的热传递模拟

为了探索一种能够取代暖体假人现场实验的有效途径,建立数值气候室,利用计算流体动力学(CFD)的数值模拟方法,在送风温度为20℃、速度为0.05m/s工况下,对数值假人体表自然对流边界空气层的温度、速度场分布及热传递属性参数进行模拟,然后在送风温度为20℃、速度分别为0.15和0.50m/s工况下,对室内混合对流的温度场和速度场以及热传递属性参数进行模拟.研究表明模拟结果具备很高的可靠性.