双螺旋桨船的美人架阻力的尺度效应

双螺旋桨船模附体阻力的换算方法是一个很困难的问题,尚未满意地得到解决。本文给出一双桨破冰船的两几何相似裸体及带美人架的船模试验结果,指出美人架阻力存在明显的尺度效应。将三因次换算方法应用于上述破冰船模型,所得结果与许多水池经常应用的照顾尺度效应的β法比较,最后给出一些结论。     

拖曳水池阻塞效应对不同船型影响数值研究

在进行变尺度船模系列试验、大尺度船模自航试验、几何相似船模尺度效应试验或者比较不同尺度水池的试验结果时,必然要遇到阻塞效应问题.在水池尺度较小、船模尺度相对较大时,阻塞效应尤其突出.阻塞效应混在各种分析结果中,影响结论的准确性,必须予以修正.采用计算流体力学(CFD)方法,通过改变计算域的大小来改变阻塞比,利用流体体积分数(VOF)方法捕捉船舶的自由液面,计及升沉和纵倾两个自由度,对两种船型进行了不同阻塞比、不同航速下的阻力数值计算,探究船型、水池宽度和深度与阻塞效应影响程度的关系,获得了阻塞效应的影响规律,并对拖曳水池的阻塞效应修正提出了合理化建议.     

混凝土双参数断裂模型和尺寸效应模型R阻力曲线比较

对混凝土的两类基本断裂模型(双参数断裂模型和尺寸效应模型)求解得到的第Ⅰ类几何形式下的R阻力曲线进行了详细的分析比较.首先对有效裂纹长度和裂纹尖端张口位移进行了修正,在此基础上由双参数断裂模型和尺寸效应模型得到了R阻力曲线的解析表达式.通过两类R阻力曲线计算得到的荷载-位移曲线与试验结果的对比,发现尺寸效应模型得到的临界有效裂纹长度稍大于双参数断裂模型的结果,而根据双参数断裂模型R阻力曲线得到的最大荷载大于尺寸效应模型的结果,且当相对初始裂纹长度较大时,双参数断裂模型R阻力曲线得到的最大荷载远大于试验值.双参数断裂模型的R阻力曲线适合于初始裂纹长度相对试件高度较小的情况.     

平行中体长度对丰满船型阻力的影响

这是我们有关丰满船型的第三篇报告。由于较长的平行中体一般在施工中可节省更多工时,而这对大型船舶尤为重要,因此我们就需要研究平行中体长度对肥大船型阻力的影响。上海交通大学船模试验池对具有不同平行中体长度,舭部半径和剖面形状的四条船模进行了阻力试验,这些模型代表L_(b.p.)=180米,C_B=0.80的30,000吨级油船。本文根据试验结果分析了不同的平行中体长度(附带地还有舭部半径)对阻力的影响,同时还推得其(1 k)值。结果表明:当平行中体长度由30％L_(b.p.)增加到43％L_(b.p.),实船的设计航速仅下降1％左右。因此在综合考虑了建造成本,载货容积等各项经济性能后,具有较长平行中体的肥型船舶在低速大型商船建造业中很可能会取得有利地位。     

较低雷诺数下ITTC尺度效应换算方法的改进

应用基于非结构化网格的过渡流模型,在商业CFD软件STAR-CCM+平台上,对不同雷诺数(Re)下螺旋桨模型和实桨进行数值模拟,分析了螺旋桨叶面和叶背边界层的流体流动随Re的变化情况,将浆叶0.75R剖面压力面和吸力面的摩擦阻力系数的数值模拟结果与国际船模试验池会议(ITTC)推荐的尺度效应换算公式以及平板摩擦阻力系数计算公式的计算结果进行对比,并对ITTC尺度效应换算方法在较低雷诺数下进行了改进,即应用不同的公式分别计算叶面和叶背的摩擦阻力系数.结果表明,螺旋桨叶面与叶背边界层的流体流动不同,故吸力面和压力面的摩擦阻力系数计算公式有所不同.当Re较小(接近临界雷诺数)时,改进方法比ITTC尺度效应换算方法计算的结果更准确;当Re1.0×106时,改进方法与ITTC尺度效应换算方法的计算结果基本一致;当Re2.0×106时,Re越大,2种方法的计算结果偏离实际值越多.     

考虑颗粒群阻力效应的跃移运动

考虑到风沙流中颗粒群阻力效应,采用修正后的单球模型阻力系数公式,计算了跃移运动达到稳定状态时的风速廓线、输沙量、沙粒相体积分数.结果表明:当跃移达到稳定状态时,考虑颗粒群阻力效应对阻力系数修正时计算所得的输沙量、沙粒相体积分数均大于不修正时的相应值.当摩阻风速增大时,输沙量及颗粒相体积分数也会随之增大,而以相同速度起跳的颗粒跃移长度随之增大,高度有所降低.     

局部气垫双体船阻力与航态性能试验研究

为验证局部气垫双体船的航行性能,对其阻力特性和航态性能进行试验研究.基于船模试验测量了其在不同排水量和不同重心条件下的阻力值、升沉幅值以及纵倾角度,分析了阻力、航态等特性随进气流量的变化规律.结果表明:当气垫长度傅汝德数小于0.8时,船体阻力随气垫进气流量减小而降低,并且此时的越峰能力较强;当船速增加时,船体阻力随气垫进气流量增加而降低.重心位置适当后移能有效改善船体表面的阻力特性.船型特有的滑行壁面能使其越峰后快速达到滑行状态,保证越峰后的快速性和纵向稳定性.     

TZP-BN-10%Si3N4可加工复合材料的制备及其性能研究

利用热压烧结制备出TZP(四方氧化锆多晶体) BN 10%Si3N4复合材料,BN的体积分数分别为0,5%,10%,15%,20%,30%,40%.当BN的体积分数不小于15%时,复合材料可用硬质合金钻头钻孔.在固定轴向压力下,钻孔速率随BN含量呈线性增长,同时,抗弯强度与断裂韧性则随BN含量的增加而下降,当BN的体积分数小于20%时下降缓慢,当BN的体积分数大于20%时下降迅速.当BN的体积分数等于20%时,复合材料具有最佳的综合性能:抗弯强度为637MPa,断裂韧性为9 22MPa·m1/2,钻孔速率大于2mm/min.     

多用途散货船尾流场的数值计算

运用CFD方法,开展了多用途散货船阻力性能的数值模拟。对计算得到的不同航速下裸船体总阻力系数与HSVA水池试验得出的对应参数进行比较,经最终分析得到数值计算结果与物理模型实验值相对偏差在5%内,初步验证了数值计算方法的可靠性。本文着重研究了不同缩尺比下船体尾部的标称伴流,分析结果表明船尾边界层厚度随雷诺数的增大而减小;桨盘面伴流分数存在单峰值,随着雷诺数的增大,伴流分数峰值相应减小;船模缩尺比越大,伴流尺度效应越明显。     

船模和实船的相关分析

本文根据我国七艘13000～25000吨级单桨货船的试航资料和交大船模试验池相应的模型试验数据,分析了船模和实船的相关问题。所得结果可供今后预估实船性能参考之用。分析是以忽略和考虑螺旋桨尺度和粗糙度的影响二个步骤来进行的。计算结果表明:螺旋桨尺度和粗糙度的影响是使船模和实船推进性能的尺度效应减小(即实船总阻力系数C_T和伴流分数。w_s有加大的趋势),但就其数值来说,影响很小。     

船体总振动固有频率实用计算方法

将船体视为梁，当梁的长度与横向尺度之比大于５时，按梁的弯曲振动理论建立 固有频率近似计算模型；当梁的长度与横向尺度之比小于５时，按梁的剪切振动理论 建立固有频率近似计算模型。在精确计算中，考虑剪切迟滞，用有限元法或迁移矩阵 法计算船体梁固有频率，在计算中同时还考虑上层建筑对总体振动影响。经实船激振 试验验证，上述方法计算结果与实验值相吻合。     

气泡辅助系统碎冰区减阻特性船模试验研究

为了研究气泡辅助系统降低船模碎冰区阻力的机理及效果,采用非冻结模型冰,在室外冰水池内开展了一系列船模拖曳试验,分别对不同碎冰密集度、不同船模航速及不同通气量参数下的阻力特性变化规律展开研究.试验结果表明:当该气泡辅助系统工作时,船体两侧的碎冰会受到气泡上浮及气水混合流的作用,发生翻转并向远离船体方向运动,在船体与碎冰之...     

双桨船附体阻力尺度效应

摘要： 以光滑平板为研究对象,探索了高雷诺数时的数值计算方法.在此基础上,以DTMB5415裸船体和全附体模型为研究对象,忽略自由液面效应,采用RANS(Reynolds Averaged Navier Stokes)方法结合SST k－ω(Shear Stress Transport k－ω)模型计算了包含实尺度在内的多种缩尺模型的船舶黏性流场,详细分析了双桨水面舰船附体阻力的尺度效应作用.通过研究发现：不同的附体,其阻力尺度效应程度并不相同;对于双桨船,附体阻力占整个船体阻力的份额较大,其尺度效应作用不可忽略,可以引入附体阻力尺度效应修正因子来进行模型到实船附体阻力的换算,附体阻力尺度效应修正因子与雷诺数的对数近似成三次多项式函数的关系.     

阻流板对双桨船阻力和伴流场影响数值研究

基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法针对安装了3种不同深度阻流板的DTMB5415船模进行数值计算,以研究阻流板对船舶阻力以及伴流场的影响.分析了安装阻流板前后的船舶水动力性能,并探讨了船艉波形、船身压力以及轴向标称伴流场的变化.研究结果表明:阻流板的安装能够降低DTMB5415的阻力,平均减阻率可达4.19%;船体虚长度的增加以及方尾船尾流场的改善是船模总阻力降低的主要原因;阻流板的安装增大了船舶尾部的边界层厚度以及轴向标称伴流,当弗劳德数Fr=0.35时,d/L_(PP)=0.001 5(d为阻流根深度,L_(PP)为船长)的桨盘面平均伴流分数增大了11.9%.     

矩形微通道流动入口段的阻力特性分析

运用Fluent软件对宽高比ε为0.1～1.0的矩形微通道层流流动入口段的阻力特性进行了三维数值模拟.结果表明:宽高比ε和雷诺数Re对表观摩擦因子与雷诺数乘积f_(app)Re有一定的影响.f_(app)Re值随着宽高比ε的增大而减小,在不同的Re数范围内呈现了不同的影响.当Re数小于300时,f_(app)Re值随Re数的增大而减小;Re数大于300后,f_(app)Re值随Re数变化很小.当流动达到充分发展后f_(app)Re值保持不变,且与Re数无关.此外还研究了ε和Re数对水力进口长度的影响.发现当Re数小于和等于20时,无量纲进口长度随着ε的增大逐渐减小;当Re数大于20,无量纲进口长度随着ε的增大呈先增后减的趋势,且在宽高比为0.3～0.4时达到峰值.基于得到的结果,提出了新的层流流动进口长度关系式,该式对微型设备的设计和优化具有一定的指导意义.     

基于裂纹扩展阻力曲线的钢结构构件断裂行为评估模型

为准确预测钢结构构件的断裂破坏,提出了基于裂纹扩展阻力曲线的评估方法。基于前期开展的低温下结构钢材的裂纹尖端张开位移(CTOD)试验结果,采用试验数据回归和理论分析方法,对裂纹扩展阻力曲线的参数进行标定,并分析裂纹扩展阻力曲线形式与含裂纹钢构件断裂模式的关系。结果表明:当构件初始裂纹长度大于临界值且钢材裂纹扩展阻力曲线呈上凸形时,构件发生韧性断裂;当构件初始裂纹长度小于临界值且阻力曲线呈上凸形时,或当阻力曲线呈水平直线时,构件发生脆性断裂。本文理论模型计算的最大载荷点裂纹扩展量与试验实测值吻合较好,验证了理论分析的准确性,可应用于钢结构构件的防断设计。     

GaAs纳米晶体压致相变的尺寸模型

基于晶体相变压力和结合能的关系,提出了一种简单的热力学模型计算尺寸依赖的纳米晶体压致相变压力.根据该模型研究了GaAs纳米晶体压致相变的尺寸效应,结果表明GaAs纳米晶体稳定性的下降导致其相变压力随尺度的减小而降低.当尺寸进一步减小时,纳米晶体的相变压力随着尺寸减小急剧降低,显示了强烈的尺寸效应.该模型计算结果与分子动力学模拟结果显示了较好的一致性.     

高速列车非定常气动力及其波动特性的雷诺数效应

基于Realizableκ-ε湍流模型的延迟分离涡模拟(DDES)方法,求解不同缩比尺度和来流速度下列车周围非定常流场.通过改变模型缩比尺度和来流速度来研究列车非定常气动特性的雷诺数效应和尺度效应.研究结果表明:随雷诺数增加,各节车气动阻力系数均方根基本呈现减小趋势,且波动明显;随雷诺数增大,列车各节车气动阻力系数和升力系数标准差均先减小后增大,且波动明显;气动力系数功率谱密度随雷诺数增大而变小;雷诺数对气动力系数主频有影响,但无明显规律;列车气动力的尺度效应显著,随雷诺数增大,列车气动力的尺度效应减弱,且列车升力的尺度效应相对显著;列车非定常气动阻力和升力振动的尺度效应随雷诺数增大而减弱,且列车非定常升力振动的尺度效应更加显著;尺度效应不改变列车气动力以低频为主的振动特性和列车气动力功率谱密度的分布规律,对气动力振动主频及其功率谱密度有显著影响.     

槽型减摇水舱船模和实船性能的相关分析

文中给出了“海关301”艇”有水仓、无水仓时的实船横摇测量结果和相应的海浪数据。用统计理论进行了分析,表明有水仓时船横摇峰—谷值直方图符合雷利分布。文中还给出了船模有水仓和无水仓的试验结果。由船模试验预报的有水仓时横摇有义值和实测一致。可以认为,水仓的船模试验尺度效应是不重要的。但是,船模无水仓的横摇频率响应曲线低于实测结果。因此,船模试验预报的水仓减摇效率比实船测量的值稍小。     

腐殖酸对水泥土强度的影响

通过无侧限抗压强度试验,研究了腐殖酸质量分数、胡敏酸质量分数、富啡酸质量分数、水泥掺入比、水灰比、龄期等因素对含腐殖酸水泥土强度的影响.结果表明:胡敏酸对水泥土强度的影响大于富啡酸;当其他条件相同时,含腐殖酸(质量分数为5%)水泥土的无侧限抗压强度是普通水泥土的1/3左右;水灰比从0.40提高到0.75的过程中,含腐殖酸水泥土的强度起初随着水灰比的增大而提高,当水灰比超过一定值(0.65)后,随着水灰比的增大,强度大幅度下降;含腐殖酸水泥土的强度随龄期的增长速度大大低于普通水泥土,表明腐殖酸的影响并不会随龄期而减小.