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基于实验数据同化的扩张管分离流动数值模拟

船舶力学 2023年第11期27卷 1620-1628页

作者：宋希亮余中军刘承江翟朔海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

为了提高RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes equations)模型对分离流动的预测精度,本文采用集合卡尔曼滤波数据同化方法,利用扩张管出口流向速度作为同化数据,对BSL RSM(baseline Reynolds stress model)湍流模型的模型常数进行了... 详细信息

为了提高RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes equations)模型对分离流动的预测精度,本文采用集合卡尔曼滤波数据同化方法,利用扩张管出口流向速度作为同化数据,对BSL RSM(baseline Reynolds stress model)湍流模型的模型常数进行了优化。默认模型常数的BSL RSM湍流模型预测的壁面压力系数和分离区位置与实验结果差距很大。通过模型常数优化,提高了BSL RSM湍流模型对分离流动的预测精度,数值模拟与实验的壁面压力系数曲线更接近,流动分离区的位置与实验结果基本一致。首次证明了基于数据同化的湍流模型常数优化方法应用于分离流动准确预测的可行性与有效性。

关键词：数据同化集合卡尔曼滤波模型常数扩张管分离流动

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喷水推进器与螺旋桨工作特性的差异及分析

华中科技大学学报（自然科学版） 2012年第8期40卷 49-52页

作者：刘承江王永生海军工程大学船舶与动力学院湖北武汉430033

采用计算流体动力学(CFD)方法模拟了某典型喷水推进器和螺旋桨周围流场,得到流场随进速比的变化规律.借助于机翼理论,从叶元体受力角度分析了进速比对喷水推进器和螺旋桨负荷的影响.结果表明:从设计进速比到零进速比,喷水推进器叶片来... 详细信息

采用计算流体动力学(CFD)方法模拟了某典型喷水推进器和螺旋桨周围流场,得到流场随进速比的变化规律.借助于机翼理论,从叶元体受力角度分析了进速比对喷水推进器和螺旋桨负荷的影响.结果表明:从设计进速比到零进速比,喷水推进器叶片来流攻角变化不大,同一半径处攻角增大不到2°,力矩系数增幅仅在5%以内;而螺旋桨同一半径处的攻角可增加10°以上,零进速比时的力矩系数是设计进速比时的2.16倍,这说明即使在低进速比条件下,驱动喷水推进器的主机也不易超负荷,而驱动螺旋桨的主机则恰好相反.

关键词：船舶推进系统喷水推进器螺旋桨工作特性计算流体动力学

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混流式喷水推进器空化性能数值分析

机械工程学报 2009年第12期45卷 76-83页

作者：刘承江王永生海军工程大学船舶与动力学院武汉430033

基于RANS方程,结合切应力输运湍流模型计算某混流式喷水推进器无空化状态时的流体动力性能。与厂商提供的数据对比表明,建立的数值模型和计算方法是可信的。在此基础上,嵌入基于Rayleigh-Plesset方程的混合物均相流空化模型,对空化条件... 详细信息

基于RANS方程,结合切应力输运湍流模型计算某混流式喷水推进器无空化状态时的流体动力性能。与厂商提供的数据对比表明,建立的数值模型和计算方法是可信的。在此基础上,嵌入基于Rayleigh-Plesset方程的混合物均相流空化模型,对空化条件时该喷水推进器流体动力性能进行数值计算与分析。计算得到的功率、推力等宏观量与厂商提供的数据吻合较好。计算得到空化发生时的临界进口速比值。计算结果表明,喷水推进器叶轮发生空化时,泵的流量、扬程明显降低,进而引起推力下降;在等功率条件下,随着进口速比的降低,喷水推进器叶轮空化程度越来越严重;进水流道空化的发生较喷泵叶轮空化滞后,喷口部分仅产生空间空化,较叶轮空化提前,而固壁上不产生空化;数值计算结果还证明空化限制线即为等汽蚀比转速线,且空化限制线1、2、3对应的汽蚀比转速分别约为1280、1390和1580。

关键词：喷水推进混流泵空化计算流体力学汽蚀比转速进口速比

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空化初生最大应力判据及其应用

华中科技大学学报（自然科学版） 2011年第12期39卷 54-57页

作者：刘承江王永生张志宏海军工程大学船舶与动力学院湖北武汉430033 海军工程大学理学院湖北武汉430033

针对空化会在局部压力大于汽化压力时发生的现象,提出空化初生最大应力判据.对最大应力判据进行了理论推导.通过对Clark-Y翼型周围流动的数值模拟,对比分析了包含各向异性粘性项(即剪切应力)的最大应力判据,与传统的只考虑各向同性非粘... 详细信息

针对空化会在局部压力大于汽化压力时发生的现象,提出空化初生最大应力判据.对最大应力判据进行了理论推导.通过对Clark-Y翼型周围流动的数值模拟,对比分析了包含各向异性粘性项(即剪切应力)的最大应力判据,与传统的只考虑各向同性非粘性项的压强判据的不同,用总应力代替传统的临界压力进行了空化流动模拟.计算结果表明,由最大应力判据得到的初生空化数小于传统的只用汽化压力判断空化的初生空化数,空化起始位置与后者相比更靠近翼型导边,空化起始位置也不在压力系数最小的位置;由总应力表示的临界压力对升、阻力等宏观参量的影响不大.最大应力判据主要用于判断空化初生.

关键词：计算流体力学空化初生空化模型应力水翼

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高性能紧凑型水泵的三元设计方法

农业机械学报 2013年第11期44卷 82-86,90页

作者：靳栓宝王永生刘承江苏永生海军工程大学动力工程学院武汉430033

基于泵的三元设计理论与数值试验相结合的方法,采用轴流式水泵的外形结构对某高比转数混流泵进行了设计,提出了高性能紧凑型水泵设计方法。首先,基于雷诺时均方法对该高比转数混流泵的性能进行了数值计算和分析,并将计算结果和试验值进... 详细信息

基于泵的三元设计理论与数值试验相结合的方法,采用轴流式水泵的外形结构对某高比转数混流泵进行了设计,提出了高性能紧凑型水泵设计方法。首先,基于雷诺时均方法对该高比转数混流泵的性能进行了数值计算和分析,并将计算结果和试验值进行了比较,最大误差在3%以内,验证了数值计算模型的准确性。其次,采用轴流式水泵的外形结构基于泵的三元设计理论对该泵进行了重新设计,运用全三维考虑流体粘性的雷诺时均方法对设计结果进行计算分析与验证,最终的设计结果表明:新设计紧凑型水泵满足所有设计指标,在设计流量下裸泵效率达到了0.927,并且在较宽的流量范围内具有良好的水力性能。对比原混流泵和新设计紧凑型水泵性能,可以发现:新设计紧凑型水泵裸泵效率比原混流泵提高了3%,并且其轴面最大直径比原混流泵减少了38%,说明新设计的水泵能够有效减小泵的尺寸、重量并具有优异的水力性能。

关键词：轴流泵紧凑型三元设计数值模拟

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船-泵相互作用对喷水推进器推进性能的影响

上海交通大学学报 2016年第1期50卷 91-97页

作者：刘承江王永生古成中海军工程大学动力工程学院 91663部队

为研究喷水推进船快速性预报中船体与喷水推进器相互作用机理,借助于计算流体力学(CFD)方法研究船-泵相互作用对喷水推进器推进性能的影响.通过计算由k-ε湍流模型封闭的RANS方程,分别得到敞水条件下和考虑船体斜升角、纵倾等因素影响... 详细信息

为研究喷水推进船快速性预报中船体与喷水推进器相互作用机理,借助于计算流体力学(CFD)方法研究船-泵相互作用对喷水推进器推进性能的影响.通过计算由k-ε湍流模型封闭的RANS方程,分别得到敞水条件下和考虑船体斜升角、纵倾等因素影响的装船后喷水推进器的三维黏性流场,敞水条件下计算结果与试验数据的良好吻合验证了数值模型和方法的可信性.不同斜升角和纵倾模型计算结果表明:船体斜升角和横倾对喷水推进器推进性能影响很小;船体尾升角和纵倾角的变化改变了船体边界层,对喷水推进器推进性能和作用因子影响很大;纵倾角由正变负,喷水推进器对船体边界层的利用增强,使流量变小,功率、推力和扬程变大;进流动量系数、进流能量系数、动量作用效率和能量作用效率均减小.喷水推进器也反作用于船体,产生使船体纵倾角减小的力矩.

关键词：船舶喷水推进器相互作用作用因子计算流体力学

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混流式喷水推进器水动力性能的数字模拟

武汉理工大学学报 2010年第6期32卷 89-94页

作者：曾文德王永生刘承江海军工程大学船舶与动力学院武汉430033

针对混流式喷水推进器采用数值方法研究其流体动力性能并分析内部流场特性。采用全结构化网格离散计算区域,应用k-ε和k-ω相结合的SST湍流模型来封闭控制方程,采用全隐式多区域网格耦合求解。根据流场计算结果对转速-功率,转速-扬程,转... 详细信息

针对混流式喷水推进器采用数值方法研究其流体动力性能并分析内部流场特性。采用全结构化网格离散计算区域,应用k-ε和k-ω相结合的SST湍流模型来封闭控制方程,采用全隐式多区域网格耦合求解。根据流场计算结果对转速-功率,转速-扬程,转速-效率特性进行了预报,并对内流场的流线和叶片表面压力分布作了详细分析。其中,预报的转速-功率特性与厂家试验结果比较,误差在2%以内。说明研究采用的模型和计算方法具有较好的可信性和较高的计算精度。

关键词：喷水推进混流泵计算流体力学水动力性能

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串联蜂窝吸能和冲击稳定性研究

中南大学学报（自然科学版） 2017年第7期48卷 1951-1956页

作者：卢露鲁寨军晏明刘承江熊又星海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室湖北武汉430033 中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075

从单块蜂窝的结构特点、准静态异面压缩吸能特性、消除初始峰值的预压缩方法和应变率效应等出发,提出串联蜂窝的合理结构形式,通过有限元仿真和撞击试验解决串联蜂窝失稳的问题。研究结果表明:将串联蜂窝放置在柱状筒体中约束其横向位移... 详细信息

从单块蜂窝的结构特点、准静态异面压缩吸能特性、消除初始峰值的预压缩方法和应变率效应等出发,提出串联蜂窝的合理结构形式,通过有限元仿真和撞击试验解决串联蜂窝失稳的问题。研究结果表明:将串联蜂窝放置在柱状筒体中约束其横向位移,相邻蜂窝间设置能抵抗蜂窝压力不均匀性的隔板,蜂窝与隔板粘接成无滑移整体结构,则当串联蜂窝组件进行高速撞击时,隔板不发生变形,并几乎不倾斜,蜂窝基本上处于异面压缩状态,整体变形模式好,具有较强的吸能能力。

关键词：蜂窝能量吸收制动

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喷水推进器进水流道的声传播特性分析

船舶力学 2015年第8期19卷 994-1000页

作者：付建王永生靳栓宝刘承江海军工程大学动力工程学院武汉430033

进水流道作为喷水推进泵脉动声源通过进水口向远场辐射的传递通道,声波经流道传播后流道进口处声压峰值频率相对流道出口声压峰值频率发生较为显著的偏移。为解释该现象,文章以进水流道为对象分析其声传播特性。首先分别利用阻抗出口边... 详细信息

进水流道作为喷水推进泵脉动声源通过进水口向远场辐射的传递通道,声波经流道传播后流道进口处声压峰值频率相对流道出口声压峰值频率发生较为显著的偏移。为解释该现象,文章以进水流道为对象分析其声传播特性。首先分别利用阻抗出口边界和自动匹配层出口边界计算分析了轴对称变截面管道的声传播特性,计算值与文献值吻合较好,验证了大截面管路声传播特性数值计算的可信性。然后以进水流道为对象,并以面平均声压衰减量为评价流道声学特性的指标,利用自动匹配层出口边界分析了流道的声传播特性。结果表明:由于低频段流道内仅能传递平面波,高次波被衰减,导致该频段声压衰减量较大;声压衰减量的最小值对应频率与喷泵叶频或其谐频接近,使得流道进出口截面处最大声压对应频率产生偏移。

关键词：喷水推进大截面管路进水流道阻抗边界自动匹配层声传播声学有限元