基于阻力性能船体型线精细优化的CFD方法

根据基于阻力性能的船体型线优化方法的不同，在船舶设计中可以归纳成5个相应水平的优化程序。总结了基于经验或统计公式的船体尺度优化（零水平优化），应用CFD方法分别对裸船体型线、局部船体型线和附体型线进行的精细优化（1，2，3水平优化），以及通过模型试验完成的船体型线的最终优化（4水平优化）的研究成果。所采用的CDF方法分别为用厚边界层近似与积分方法、厚边界层近似与差分法以及部分抛物线近似与差分法求解N－S方程。4水平则是通过包括流场测量信息的模型阻力试验进行最终的型线优化。     

基于CFD方法的船体下水水动力分析

为给船体下水提供水动力参数,采用计算流体动力学(CFD)方法对船体从船台上纵向重力式下水过程进行动力学分析.计算每一时刻的流场压强和船体所受水作用力(矩),并通过求解船体运动方程获得船体运动的速度和滑程.数值预报结果与经验公式以及试验比较均表明,该方法计算所得运动参数与试验偏差较小,可满足工程精度要求.     

基于多学科设计优化的通用涡旋型线形状优化

针对传统单一涡旋型线难以达到最优压缩特性的缺陷,提出了多学科设计优化方法,利用该方法进行了涡旋型线结构参数的设计优化,建立了基于泛函的通用涡旋型线多学科设计优化数学模型,对基于泛函的通用涡旋型线进行了形状优化,最后给出了涡旋型线形状多学科设计优化方法实例分析.得出了一组能满足多性能较优要求、形状性态良好的涡旋型线,与传统的基圆单一涡旋型线相比,其压缩性能均有显著提高,体积利用系数和压缩比分别提高了15.73 %和22.79 %.     

增压柴油机配气相位与凸轮型线的优化

针对某增压柴油机原机油耗高和配气机构存在的冲击、反跳问题,结合柴油机性能试验数据,建立了配气机构的运动学和动力学仿真模型以及工作过程仿真模型,计算优化了原机配气相位和凸轮型线。研究结果表明：通过优化配气相位和凸轮型线,在一定程度上提高了发动机在中高速下的动力性和经济性,改善了原机配气机构运动学与动力学特性,减缓了进、排气门开闭时的加速度冲击,消除了气门落座时的反跳现象。     

表面波纹对HSX填料传质影响的计算流体力学(CFD)模拟

应用计算流体力学（CFD）方法和流体体积（VOF）模型对气液两相流动行为和传质过程进行了研究。分别对富氧水在光滑板与波纹板上的解析进行了实验和CFD模拟研究,模拟结果显示波纹结构对于增加传质推动力有明显的作用;在液相雷诺数Re<90时,波纹板的传质效率比光滑板高出20%左右。对由CFD模拟得到的流场信息进行分析,结果表明波纹的存在增加了流体的湍动,造成波纹板传质效率增加;随着液相雷诺数的增大,波纹对气液相界面的影响逐渐减小,波纹板与光滑板传质效率的差值逐渐减小。模拟结果与实验结果吻合度较高。     

螺旋管在小倍线充填中的应用及充填倍线公式修正

为解决小倍线充填管道局部压力过大、管路磨损严重等问题,本文提出用螺旋管增阻调压的结构与实施方案.结合计算流体力学( computational fluid dynamics, CFD)对增阻调压结构与实施方案进行模拟分析,基于模拟计算的结果提出增加螺旋管道增阻调压结构后计算充填倍线的修正公式.研究结果表明,在2m·s-1的模拟流速下,螺旋管增阻调压结构所产生的阻力可达同等高度直管的10.1~16.8倍,在保证料浆连续输送的前提下可以有效的起到增阻降压的作用.结合数值模拟的充填倍线修正公式能够较为完善地计算增阻降压后的有效充填倍线.     

基于代理模型的轴流式调节阀阀体型线优化

针对国内外大口径天然气管线阀门型线优化周期长、优化过程机械式重复的问题,提出一种采用Kriging代理模型结合NSGA-Ⅱ算法的轴流式调节阀型线优化方法。以DN600轴流式调节阀为研究对象,通过Fluent与ANSYS软件对其性能进行初步评估后,选定流量值、最大应力水平和最大变形量为优化目标。首先采用B-spline曲线对阀体型线进行拟合,通过改变控制点的坐标实现阀体型线的参数化,并实现阀体型线的自动建模,运用拉丁超立方采样方法设计100种型线,通过数值模拟得到结构优化样本库,建立轴流式调节阀的Kriging代理模型。然后采用NSGA-Ⅱ算法对代理模型进行寻优得到Pareto前沿解集,通过对3个型线前沿解与初始型线内部水平截面的速度、压力变化曲线的研究,确定最优型线。再对优化前后的开度-阻力特性、流量-阻力特性及阀后管道内部流动进行研究,结果表明,优化后的型线流量值提高了9.2%,最大应力水平降低了8.46%,最大变形量减小了6.2%,优化后流体阻力降低,阀后管道高速流动影响距离减小。优化后型线的性能提升证明了该型线优化方法的有效性,揭示了该方法在阀门型线结构优化领域的潜力。     

基于CFD的三体船主侧体间流场干扰研究

三体船构型复杂,主侧体间相互干扰影响因素较多。为了研究三体船船体周围流场细节与主侧体间的流场干扰,运用计算流体力学（CFD）软件STAR-CCM+对三体船和主船体进行了不同航速的数值模拟,提取船体周围与主侧体间的流场信息,获得不同速度下的兴波、横截面垂向速度和横截面矢量流线演化。研究三体船与单体船的流场差异特性,分析三体船中侧体对单独主船体流场的扰动,获得了三体船船体兴波与流场流线随航速变化的规律,为三体船的阻力性能和整体布局的优化提供参考。     

HSX型规整填料流体力学的CFD研究

通过多尺度方法,对HSX填料进行计算流体力学(CFD)模拟,得到了局部平均液膜厚度、气液有效润湿面积及全塔压降等数据。其中,通过建立二维和三维流体体积(VOF)两相流模型,分别计算了不同气液速度对液膜厚度及有效接触面积的影响。最终模拟压降结果与实验结果吻合性较高,表明CFD可以作为设计、改良填料的有效工具。     

基于风险的船体结构腐蚀优化检测及维修规划

提出了基于风险的船体结构腐蚀检测及维修的优化模型．最优的检测及维修是在保证结构在设计工作寿命期内的可靠指标大于最低可靠指标的基础上，使得结构生命周期内总的期望费用最小．建立了检测、维修及失效事件的安全余量方程．在此基础上，以受点腐蚀损伤的船体构件为例，分析了基于风险的最优检测及维修策略的制定过程．结果表明，最优的检测是在结构的可靠指标低于最低可靠指标前就对结构进行检测．基于风险的优化检测及维修方法能够在风险与成本之间达到一种平衡，它在选择最优的检测及维修策略时是有效的．     

理想轿车车身的三维数值计算与实验比较分析

以计算流体力学（CFD）为基础,采用有限容积法模拟计算了轿车车身的外部流场,三维理想轿车车身空气动力学特性参数的数值模拟结果与风洞实验数据吻合较,表明数值模拟研究汽车空气动力学特性是切实可行的。     

船体线型最优化设计方法

为快速生成阻力性能优良船型,开发具有自主知识产权的船体线型优化设计程序,以总阻力为目标函数,以船型修改函数的参数为设计变量,在保证必要排水量条件下,建立基于非线性规划法的数学模型.选取某高速水面舰船为母型,分别对前半体的不同范围进行优化设计,获得改良船型的阻力性能和线型特点,并找出其中的变化规律,为新船型开发和船型优化提供理论基础和技术支持.     

计算流体动力技术在水轮机优化设计中的应用

介绍了CFD技术在水轮机优化设计中的应用现状,提出了求解速度场和压力场的一种方法,论述了以三维流场的数值计算结果为基础,进行水轮机性能预测及能量损失分析的方法．并通过一尾水管的流场计算,给出了运用CFD技术计算所得的轴面流场分布图,印证了用计算机模拟代替模型试验的可能性．     

基于CFD的拖网渔船阻力计算及试验验证

拖网渔船在海洋渔船中占有很大份额,具有多工况、船型复杂的特点,是渔船节能专向研究的重点对象.文中将CFD技术应用于该船型的阻力计算,考虑自由水面效应,计算出相应航速下的阻力值,与模型试验结果吻合度较高,可以在进一步深入研究其影响因素的前提下部分取代模型试验的效果.     

压力补偿灌水器分步式CFD设计与实验研究

为提高压力补偿灌水器的设计精度和研发效率,提出了一种压力补偿灌水器分步式CFD模拟方法。基于CAD建模、CFD分析软件Fluent和有限元分析软件An-sys,该方法可实现灌水器设计模型水力性能的模拟。采用这种方法,设计了一款直径12mm的圆柱压力补偿灌水器,并对其水力性能进行了模拟,得到了灌水器的预测压力-流量曲线。利用光固化快速成型技术制作出了实验样品,进行了水力性能实验,得到了灌水器的实验压力-流量曲线。通过对分布式CFD模拟结果和水力性能实验结果的比较,发现模拟得到的预测压力-流量曲线与水力性能实验得到的实际压力-流量曲线在50～150kPa范围内吻合得较好,在150kPa以上范围内存在一些偏差。详细分析了产生这些偏差的原因,提出了改善分布式CFD模拟的方法。     

Overall optimization of high-speed semiconductor laser modules

Based on the high frequency techniques such as frequency response measurement, equivalent circuit modeling and packaging parasitics compensation, a comprehensive optimization method for packaging high-speed semiconductor laser module is presented in this paper. The experiments show that the small-signal magnitude frequency response of the TO packaged laser module is superior to that of laser diode in frequencies, and the in-band flatness and the phase-frequency linearity are also improved significantly.     

气穴对滑动轴承摩擦学性能影响的CFD分析

气穴对滑动轴承性能影响一直为人们所关注,而传统的分析方法不能真实刻画气穴的作用。为寻求合理的气穴研究方法,并由之改进轴承的摩擦学性能,基于计算流体动力学(CFD)与Rayleigh-Plesset(PRE)气穴理论,应用商业软件ANSYS中CFX模块分析了气穴现象对滑动轴承摩擦性能的影响。结果表明:随着偏心率、宽径比和转速的增加,考虑气穴模型后气穴现象会降低润滑剂粘度,轴承油膜的摩擦力和摩擦系数会减小;随着偏心率、宽径比和转速的增加,润滑剂的平均气化率变大。     

CFD在汽车空气动力学研究中的应用

阐述了CFD方法在汽车空气动力学研究中的应用情况,并对CFD分析所用的数值方法、常用软件和CFD分析的过程做了介绍,论述了CFD与汽车车身造型的相互依存关系.     

多孔分散微结构混合器中流动及其混合性能的CFD模拟

在对多孔分散微结构混合器内流动现象进行分析的基础上,选择标准的k-ε模型和多环境模型,以商业CFX软件为基本工具,建立了模拟多孔分散微结构混合器的几何模型,对于孔半径为10,20,30,50,70μm的微结构混合器内的流动、混合性能进行了模拟,并利用模拟结果讨论了孔径、流速等因素对于混合性能的影响规律。