船舶破舱进水速度与时间的计算

在恶劣的航海条件下，船舶的碰撞，搁浅，触礁等恶性事故的发生都将导致船舶的破舱进水，船舶破舱进水后进水量的大小及所需的时间是驾驶员一直关注的问题，为此建立了船舶破舱暖时进水速度的计算模型，通过编程对船舶不同的破口大小及其位置进行实船计算，求出了船舶下沉，纵倾达到新的平衡水浅甚至沉没所需的时间，为驾驶员迅速判断船舶的破舱安全性，并做出正确求船决策提供理论依据。     

基于STAR-CCM+的船舶破舱进水模拟

船舶海难事故严重影响人员和船舶安全,所以研究船舶稳性具有现实意义和实用价值.在选定了船舶的破损位置、破口形状及尺寸、舱室位置及大小等因素下,研究受损船舶的流体运动特性和在每一时间步长下的进水情况,利用破舱位置、进水量等信息预测船舶的物理行为,对破舱船舶进行时域模拟研究.首先利用STAR-CCM+对一艘标准箱型驳船模型破舱进行模拟研究,验证研究方法准确可行;再利用该方法对一艘渔政船进行破舱进水时域模拟研究.利用这种研究方法可对船舶稳性进行计算与评估,研究结果可为有效减损及扶正提供参考,并为船舶破舱设计提供重要依据.     

Savonius后置导流板的数值仿真

设计了一种自动对流装置,通过后置导流板在来流的作用下自动对准来流,使前置导流板能够处在最佳工作位置.这种系统不仅能够高效发电,而且制造成本低.基于这种设计,数值仿真研究了后置导流板对叶轮的影响.结果表明:叶轮长度越低、距离旋转中心越远,对叶轮的功率系数影响越小.由于发电装置稳定性和工程技术的限制,提出叶轮的最佳布放位置在距离旋转中心2.64D(D为叶轮直径)位置处,此处导流板对叶轮的功率系数影响小于2.6%.     

搅拌槽内桨型对微观混合的影响

在直径为0.476m的搅拌槽内,采用平行竞争反应体系,就不同的桨叶型式、加料时间、搅拌转速、加料位置对产物分布的影响进行了系统的实验研究,并采用涡旋卷吸模型对实验结果进行了模拟计算。本工作的研究结果对于工业用搅拌反应器的设计及放大具有一定的参考意义。     

格子Boltzmann方法模拟空化泡溃灭和微气泡的初生

空化泡溃灭对近壁面的冲蚀是流体力学研究中的重点,新兴的格子Boltzmann方法能很好的从底层描述多相流问题.基于格子Boltzmann Shan-Chen模型,耦合了Carnahan-Starling状态方程和可精确得出外力项的精确差分法,利用无滑移反弹边界处理格式和压力边界条件,完整可视化的模拟了二维流场下单气泡在90°刚性壁面拐角处的溃灭泡形演化,并分析了流场内气泡的动力学行为.发现在特定的入口差压和气泡初始半径条件下,在大气泡的压缩过程中90°刚性壁面拐角处可诱导生成新微气泡,生成的新微气泡伴随着大气泡的进一步压缩而溃灭,溃灭释放的反弹压力冲蚀壁面.刚性壁面的阻滞作用对气泡的变形及溃灭影响很大,会减缓气泡的溃灭时间,抑制气泡振动,而且刚性壁面的阻滞效应整体上也是气泡初始半径R0、气泡泡心到刚性壁面的距离b和入口压力差ΔP等共同作用的结果.微气泡的生成表明刚性壁面夹角处的气泡溃灭会产生复杂的涡旋结构,涡旋可促进其他空化泡的形成.流场内涡旋流动特性应是研究空化效应的又一亮点.     

岩溶洞穴的强迫流示踪实验模型与数值模拟

提出了一种用于计算钻孔揭露的岩溶洞穴体积的新方法—强迫流示踪法,即在钻孔揭露的岩溶洞穴中定量投放示踪剂后,将小型搅拌设备放入洞穴中,强力搅拌洞穴中水体,使示踪剂迅速扩散至整个洞穴空间,同时观测搅拌中心的示踪剂浓度变化,得到示踪剂浓度历时曲线,依据不同的示踪剂浓度历时曲线计算不同类型洞穴的体积.本文还同时提出了一维、二维和三维封闭岩溶洞穴在强迫流条件下的示踪曲线概化模型,并通过数值模拟验证了这些模型.封闭岩溶洞穴的强迫流示踪模型表明,每个(或与搅拌中心等距的每组)洞穴的开阔壁面均有可能使搅拌中心的示踪剂浓度历时曲线产生一个拐弯点,壁面离搅拌中心越近,拐弯点越明显,随着距离的增大,拐弯点不明显;拐弯点出现的时间与示踪剂在强迫流条件下到达洞穴壁面的时间有关,壁面距搅拌中心越近,两者的一致性越好,距离越远,拐弯点出现时间越滞后于示踪剂到达洞穴壁面的时间.     

中国东部夏季中尺度对流系统以及中尺度对流涡旋的特征

中尺度对流系统及对流涡旋经常引起各种对流天气,造成大范围的暴雨,是一种具有强烈灾害性的中尺度天气系统.本文结合了前人方法,针对我国东部夏季中尺度对流系统及对流涡旋进行普查以及统计分析.从中尺度对流涡旋中心的高度分布、厚度分布、相对位置分布以及降水特征等着手,研究中尺度对流系统及对流涡旋之间的相互关系.研究分析结果表明:...     

复杂山地环境下脉动风速谱研究

进行了8种坡度下单个三维山体的模型风洞试验,讨论了山体各位置脉动风速谱的变化规律,以及坡度对脉动风速谱的影响.结果表明:背风面山脚0.8h高度以下位置,脉动风速功率谱与来流风速谱相比,功率谱峰值明显增大,峰值频率向高频移动,单峰特征明显,频带变窄.除此以外的背风面其他位置、迎风面以及山顶位置的脉动风速功率谱与来流风速谱基本一致.提出了山体背风面脉动风速能量由来流湍流能量和山体尾流涡旋能量构成的思想,将来流脉动风速谱与涡旋谱进行分离,并根据试验数据拟合,提出了保守的涡旋谱的计算公式.根据不同坡度山体的试验,得出了0.5为涡旋产生与否的临界坡度.     

双层桨叶搅拌罐内固液混合均匀度研究

为提高工程中双层搅拌罐的搅拌均匀性,使用ANSYS Fluent,通过Euler多相流模型以及标准k-ε 的湍流模型对双层桨叶搅拌罐内固液混合过程进行模拟。分析了不同转速、桨叶的直径和桨叶间距离对搅拌罐内固液混合均匀度影响,并结合罐内速度对固液混合过程进行定量分析。结果表明：当转速低于300 r/min时,搅拌罐内不会出现均匀悬浮,当转速为300、400 r/min时,出现完全离底悬浮,继续增大转速反而降低搅拌效果;当桨叶直径为0.5 D时,搅拌罐内固相分布均匀性好;当桨叶距离为390 mm,J1型桨叶的固相有较好的悬浮,当桨叶距离为440 mm,J2型桨叶的固相有较好的悬浮;当距离大于440 mm时,固相大多沉积在搅拌罐底部;桨叶直径和桨叶数量对 几乎没有影响,转速对 影响较大;在J1型桨叶组合,转速为400 r/min、桨叶距离为390 mm时的 最低;在J2型桨叶组合,当转速为300 r/min、桨叶距离为440 mm时的 最低;转速为300 r/min时J2型桨叶搅拌更好,转速为400 r/min时,J1型桨叶搅拌更好。在最佳参数组合下,搅拌24 s即可达到最好的搅拌效果。     

近刚性圆柱水下爆炸气泡动力学特性研究

针对刚性圆柱附近水下爆炸气泡的动力学特性进行了研究. 基于Navier-Stokes方程结合流体体积法捕捉气液两相界面,建立了数值模型;采用电容器放电产生水下爆炸气泡并用高速摄像机记录了气泡的脉动,并将实验结果与数值模拟结果对比验证了数值模型有效性. 通过数值模拟得到了气泡与刚性圆柱相互作用的流场细节信息. 结果表明:气泡在刚性圆柱附近脉动使得刚性圆柱表面流体介质存在速度梯度,速度较大的流体液层冲击气泡形成不同的气泡形状. 定义了一个量纲一的距离参数来表征气泡与刚性圆柱之间的相对距离,研究了距离参数对射流冲击压力、最大射流速度及气泡型心运动的影响. 随着距离参数的增大,射流冲击压力逐渐减小,气泡内部最大射流速度先增大后减小;气泡型心的偏移随距离参数的增加而减小.