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导管桨与竖直壁面间距对尾流特性影响的PIV试验研究

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水动力学研究与进展（A辑） 2022年第4期37卷 459-466页

作者：傅冠杰任浩荣张长明张嶔中国海洋大学工程学院青岛266100

随着现代化大型船舶的高速发展,港口和码头受到日益增大的螺旋桨尾流冲刷影响,而广泛应用于重载船舶上的导管桨对码头岸壁所造成的冲刷破坏更为严重。该文应用自主搭建的2D-2C PIV及2D-3C PIV系统,以KA4-70+19A导管桨为研究对象,测量了... 详细信息

随着现代化大型船舶的高速发展,港口和码头受到日益增大的螺旋桨尾流冲刷影响,而广泛应用于重载船舶上的导管桨对码头岸壁所造成的冲刷破坏更为严重。该文应用自主搭建的2D-2C PIV及2D-3C PIV系统,以KA4-70+19A导管桨为研究对象,测量了导管桨在距离竖直壁面1D-4D系泊工况下的轴向切面二维流场及横向近壁面处的三维流场。结果表明:导管桨尾流在到达壁面后,沿壁面向四周流动,壁面中心处会形成一个低速的圆锥形区域;流体沿着圆锥形外侧到内侧循环流动,形成漩涡,其大小随着导管桨与壁面距离的增大,呈先增大后减小趋势,外侧尾流带动圆锥形低速区的运动,而圆锥形低速区又对前方尾流造成影响。

关键词：导管桨尾流壁面 PIV 速度场

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近壁面柔性水翼流致弯曲扭转振动特性研究

近壁面柔性水翼流致弯曲扭转振动特性研究

作者：冒祥熙重庆大学

学位级别：硕士

水翼广泛应用于流体机械以及海洋船舶工程领域,如泵和水轮机的叶片、船舶的襟翼舵和减摇鳍、潜艇中的围壳舵和艏艉舵以及螺旋桨等,水翼不仅能够提供升力、推力,还可以提高船舶和潜艇的稳定性、操纵性等。传统水翼所采用的材料为铜合金,... 详细信息

水翼广泛应用于流体机械以及海洋船舶工程领域,如泵和水轮机的叶片、船舶的襟翼舵和减摇鳍、潜艇中的围壳舵和艏艉舵以及螺旋桨等,水翼不仅能够提供升力、推力,还可以提高船舶和潜艇的稳定性、操纵性等。传统水翼所采用的材料为铜合金,随着材料科学的发展,人们发现采用复合材料制作的水翼(即柔性水翼)相较于传统刚性水翼在水动力推进、空化效应、噪声控制等方向上具有较大的优势,但柔性水翼的变形会对其性能造成较大的影响。在实际工程中,水翼往往会受到附近固体壁面的影响,如泵、水轮机的外壳以及自主式水下潜器海底作业时下方的海底壁面等,固体壁面对柔性水翼运行效率的影响不可忽略。因此,本文针对近壁面处柔性水翼的流致弯曲扭转振动响应特性开展研究,分析了不同折减速度、翼壁距离(H)以及初始攻角(α)对水翼弯扭振动特性的影响。本文首先研究了近壁面处刚性水翼的绕流特性,讨论了翼壁距离以及初始攻角对其水动力性能和流场结构的影响,并与自由状态下刚性水翼(即不受壁面影响的刚性水翼)的绕流特性进行对比。研究发现,翼壁距离越小,水翼的升阻比越大。当H=0.3C时,升阻比最大为2.96,较自由状态刚性翼提高了30%。初始攻角α为10°、15°时,刚性水翼升阻力特性存在较大的波动,而α=25°、α=5°时,升阻力特性趋于稳定。初始攻角越大,升阻比越低,但升力系数和阻力系数都会随之增加。α=5°时,升阻比最高为3.9,较α=25°提升了1.15倍。尾涡模态的转变会改变水翼的升阻力,当尾涡模态为“2S”型时,水翼的升力系数标准差、时均升阻力系数、升阻比都会增加;当尾涡模态为“U”型时,水翼的升力系数标准差、时均升阻力系数都较低;当尾涡模态为“2S”型时,水翼尾迹处于“2S”型向“U”型转变,随着折减速度的增加,升力系数标准差、时均升阻力系数、升阻比骤降。然后对不同翼壁距离下柔性水翼的流致弯曲扭转振动特性进行研究,讨论了翼壁距离对柔性水翼的弯扭振动响应、频率响应、水动力特性以及尾涡结构的影响。研究发现,在低折减速度时(3≤U≤6),弯扭振动幅值很小,升力系数标准差的趋势与刚性水翼类似但数值较小,升阻力特性与刚性水翼接近;在(8≤U≤12)范围内,由于存在弯曲和扭转的频率“锁定”现象,此时弯扭振动剧烈,时均升阻力系数以及升阻比高于相同工况下的刚性水翼,翼壁距离越大,柔性水翼锁定区间越宽。折减速度和翼壁距离越大,则柔性水翼的弯曲位移和扭转角度都会增加。最后对不同初始攻角下近壁面柔性水翼的流致弯曲扭转振动特性进行研究,讨论了初始攻角对柔性水翼的弯扭振动响应、频率响应、水动力特性以及尾涡结构的影响。研究发现,当初始攻角较小时(α=5°),柔性水翼的弯曲振幅和扭转幅度基本为0;在中等初始攻角下(α=10°、α=15°),当柔性水翼处于频率“锁定”区间时,弯扭振动会变得剧烈;在较大的初始攻角下(α=20°、α=25°),随着折减速度的增加,弯曲振幅先逐渐减少之后趋于稳定,而扭转振幅基本呈上升趋势。除“频率锁定”区间外,在同一折减速度下,柔性水翼初始攻角越大,则弯曲振幅和扭转幅度越大。与刚性水翼相比,一般情况下,柔性水翼的升力系数标准差有较大的下降,但升阻比下降不明显,但是在弯扭振动频率锁定区间,升力系数标准差大幅上升,时均升阻比也增加。

关键词：流固耦合流致振动柔性水翼壁面翼地效应

壁面作用下预混火焰淬熄及OH自由基分布特性

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工程热物理学报 2017年第4期38卷 781-786页

作者：杨仲卿谢江浩张力闫云飞唐强张勋低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室(重庆大学) 重庆400030 重庆大学动力工程学院重庆400030

当反应器容积变小时,壁面对燃烧火焰自由基分布的影响越来越显著。本文采用PLIF设备实验研究甲烷/空气预混燃烧火焰中OH自由基在近壁面附近的行为,考察了壁面材料、出口气体流速、过量空气系数和壁面间距对OH自由基的分布特性、最大荧... 详细信息

当反应器容积变小时,壁面对燃烧火焰自由基分布的影响越来越显著。本文采用PLIF设备实验研究甲烷/空气预混燃烧火焰中OH自由基在近壁面附近的行为,考察了壁面材料、出口气体流速、过量空气系数和壁面间距对OH自由基的分布特性、最大荧光强度和淬熄距离的影响。研究发现:最大荧光强度最高的材料为304钢,最低的为镁合金AZ31B;淬熄距离最小的材料为304钢,最大的为镁合金AZ31B;最大OH自由基荧光强度越大,熄火间距就会越小;出口气体流速的增加使火焰的最大荧光强度减少,使得OH自由基更易淬熄,造成淬熄距离较大;减小过量空气系数,最大荧光强度会增加;当壁面间距为7 mm时,出现两块独立的OH区域,中部几乎不存在OH自由基。

关键词：微燃烧器 OH自由基壁面熄火距离 PLIF

壁面与自由液面联合作用下气泡动态特性实验研究

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振动与冲击 2013年第13期32卷 112-117页

作者：初文华张阿漫王诗平哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

壁面与自由液面联合作用下,气泡的动态特性与单独一个边界条件作用时相比要复杂很多,难于从理论角度分析探讨。为深入探究壁面与自由液面联合作用下的气泡动态特性,采用安全性高且实验效果理想的200 V直流电压电火花气泡发生装置生成气... 详细信息

壁面与自由液面联合作用下,气泡的动态特性与单独一个边界条件作用时相比要复杂很多,难于从理论角度分析探讨。为深入探究壁面与自由液面联合作用下的气泡动态特性,采用安全性高且实验效果理想的200 V直流电压电火花气泡发生装置生成气泡,依次改变气泡发生位置距壁面及自由液面的距离,同时采用高速运动分析系统对不同工况下的实验结果进行采集与分析,得到了壁面与自由液面联合作用下的气泡形态变化,同时通过对大量实验数据的总结归纳,得到壁面与自由液面联合作用对气泡脉动周期、迁移轨迹及气泡内射流方向的影响规律,从而为相关的理论与数值研究提供参考。

关键词：气泡联合作用壁面自由液面实验研究

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近壁面气泡的运动规律研究

物理学报 2008年第3期57卷 1662-1671页

作者：张阿漫姚熊亮哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

基于势流假设,建立气泡与壁面耦合数值模型,运用边界积分法求解,并开发三维计算程序,计算值与实验值符合很好.从气泡与壁面相互作用的基本现象入手,基于开发的程序系统地研究了刚性壁面附近气泡的动力学特性,其中包括水平壁面及倾斜壁面... 详细信息

基于势流假设,建立气泡与壁面耦合数值模型,运用边界积分法求解,并开发三维计算程序,计算值与实验值符合很好.从气泡与壁面相互作用的基本现象入手,基于开发的程序系统地研究了刚性壁面附近气泡的动力学特性,其中包括水平壁面及倾斜壁面,研究壁面的Bjerknes效应与各特征参数之间的关系,并将各种工况的计算结果与基于Kelvin-impulse理论的Blake准则进行对比分析讨论,得出偏射流方向及壁面压力与气泡的特征参数有密切的关系,同时给出了Blake准则的适用范围.旨在为相关的近壁面气泡动态特性研究提供参考.

关键词：气泡壁面边界积分 Bjerknes效应动力学特性

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壁面碰撞对柴油油束扩展及着火特性的影响

内燃机学报 1991年第4期9卷 287-293页

作者：恩斯特.夏特徐焕新 FEV发动机技术研究所亚琛工业大学

本文介绍以一压力观察室研究壁面碰撞对柴油油束特性的影响,采用纹影摄影法及光导纤维技术确定油束的扩展过程、着火延迟及着火位置,并在柴油机工作条件下分析了壁面温度、壁面与油束相对位置及空气温度的影响。统计结果表明,在较高壁... 详细信息

本文介绍以一压力观察室研究壁面碰撞对柴油油束特性的影响,采用纹影摄影法及光导纤维技术确定油束的扩展过程、着火延迟及着火位置,并在柴油机工作条件下分析了壁面温度、壁面与油束相对位置及空气温度的影响。统计结果表明,在较高壁面温度时油束可以在壁表面首先着火;减小油束碰撞角度,增大壁面与油嘴的距离或提高空气温度可降低壁面对油束着火特性的影响。

关键词：柴油机柴油油束着火壁面碰撞

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仿生机器鱼近壁面流场识别的人工侧线方法

哈尔滨工业大学学报 2021年第9期53卷 164-170页

作者：谢鸥宋爱国苗静孙兆光沈晔湖东南大学仪器科学与工程学院南京210096 苏州科技大学机械工程学院江苏苏州215009

针对仿生机器鱼目标近距离作业时的环境识别难题,提出一种基于人工侧线(ALL)的近壁面流场识别方法。理论分析了ALL感知近壁面流场环境的可行性,建立了ALL虚拟压力传感器阵列并采用计算流体动力学(CFD)方法计算并提取了不同参数条件下(... 详细信息

针对仿生机器鱼目标近距离作业时的环境识别难题,提出一种基于人工侧线(ALL)的近壁面流场识别方法。理论分析了ALL感知近壁面流场环境的可行性,建立了ALL虚拟压力传感器阵列并采用计算流体动力学(CFD)方法计算并提取了不同参数条件下(来流速度v,靠壁距离d和游动频率f)仿生机器鱼的体表压力数据,建立了基于多层前馈神经网络的来流速度和靠壁距离预测回归模型,并对模型结构和数据特征进行了优化。结果表明:壁面效应将引起鱼体周围流场结构的非对称分布,鱼体头部和尾部的侧线传感器对流场参数的辨识度高,消除弱相关的特征对来流速度和靠壁距离预测指标的影响小且有利于降低预测模型的复杂度。研究结果能够为水下机器人环境识别的信息提取及处理提供理论方法。

关键词：仿生机器鱼人工侧线神经网络壁面流场识别

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自由液面和刚性壁面对结构振动声辐射的影响

声学学报 2005年第1期30卷 89-96页

作者：邹元杰赵德有黎胜大连理工大学船舶工程系大连116024

在边界元理论的基础上,建立了半无限流体域中、特别是与无限大平面接触的结构流固耦合振动方程,计算了方箱的固有频率、振动响应及声辐射,探讨了自由液面和刚性壁面对结构的固有频率、振动响应和有关声学物理量的影响,并讨论了板厚、结... 详细信息

在边界元理论的基础上,建立了半无限流体域中、特别是与无限大平面接触的结构流固耦合振动方程,计算了方箱的固有频率、振动响应及声辐射,探讨了自由液面和刚性壁面对结构的固有频率、振动响应和有关声学物理量的影响,并讨论了板厚、结构阻尼、结构与无限大平面的距离等有关因素。研究结果表明:自由液面和刚性壁面对结构的固有频率、振动响应及声辐射的影响是不容忽视的。

关键词：声辐射自由液面壁面无限大边界元理论振动方程固有频率振动响应限流结构振动

一种预测扩散声场在非规则形状刚性壁面附近干涉图样的方法

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声学学报 2010年第5期35卷 571-579页

作者：万泉张海滨蒋伟康上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

扩散声场会在反射边界附近形成干涉图样,研究方法包括平面波模型、简正模态分析、渐进模态分析等,但仅适用于尺度远大于声波波长的矩形声腔。提出一种预测扩散声场在非规则刚性壁面结构附近形成的干涉图样的数值方法,表明结构附近"受挡... 详细信息

扩散声场会在反射边界附近形成干涉图样,研究方法包括平面波模型、简正模态分析、渐进模态分析等,但仅适用于尺度远大于声波波长的矩形声腔。提出一种预测扩散声场在非规则刚性壁面结构附近形成的干涉图样的数值方法,表明结构附近"受挡"声压的互谱矩阵取决于:(1)假定该结构在自由空间中振动辐射声音时其表面法向振速到表面及场点声压的边界元系数矩阵;(2)假定结构置于自由空间中且表面刚性时,点声源辐射声波入射到结构表面上产生的散射声场的边界元系数矩阵;(3)扩散声场均方声压。仿真表明,该途径预测的干涉图样与理论值完全吻合。该预测方法还可用于混响环境下声源附近直达声压均方值的空间分布估计,为混响环境下设备的声源定位提供帮助。

关键词：干涉图样扩散声场非规则预测刚性结构表面壁面形状