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螺旋桨对船舶操纵运动水动力影响的数值研究

哈尔滨工程大学学报 2023年第5期44卷 724-733,742页

作者：于子涵邹早建上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

船-桨-舵相互作用是影响船舶操纵性能的重要因素之一。本文采用RANS方程求解方法并结合sst k-ω湍流模型,计及自由面兴波影响,螺旋桨用体积力法建模,数值模拟了带桨、舵的全附体集装箱船kCS船模的舵力试验、斜拖试验。为研究螺旋桨对操... 详细信息

船-桨-舵相互作用是影响船舶操纵性能的重要因素之一。本文采用RANS方程求解方法并结合sst k-ω湍流模型,计及自由面兴波影响,螺旋桨用体积力法建模,数值模拟了带桨、舵的全附体集装箱船kCS船模的舵力试验、斜拖试验。为研究螺旋桨对操纵运动水动力的影响,分别对带螺旋桨和不带螺旋桨的船-舵系统进行计算,对比了船模水动力随漂角、舵角的变化情况。研究结果表明:带螺旋桨的船-舵系统的水动力和力矩对舵角的变化更加敏感;螺旋桨的运转主要增大了船艉部的横向力;在舵力试验和带舵角的斜拖试验中,螺旋桨对横向力、转艏力矩有显著的影响。

关键词：船-桨-舵相互作用全附体kCS船模舵力试验斜拖试验 RANS方法 sst k-ω湍流模型体积力模型

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主进风竖井内罐笼提升活塞效应对平巷风流的影响

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煤炭学报 2023年第S01期48卷 159-170页

作者：王孝东贺德幸刘杰李泓鲲郭晨阳蒋梦娇昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 昆明理工大学公共安全与应急管理学院云南昆明650093

针对主进风竖井内罐笼提升产生的活塞风效应及其对运输平巷内风流的影响。基于sst k-ω湍流模型,采用动网格对罐笼在竖井内运行进行空气流体仿真并通过现场实测对模拟数据进行验证的方法,研究竖井活塞风影响下运输巷道内风流流场的结构... 详细信息

针对主进风竖井内罐笼提升产生的活塞风效应及其对运输平巷内风流的影响。基于sst k-ω湍流模型,采用动网格对罐笼在竖井内运行进行空气流体仿真并通过现场实测对模拟数据进行验证的方法,研究竖井活塞风影响下运输巷道内风流流场的结构变化以及巷道内风流流动的紊动特性。研究结果表明:罐笼在竖井内运行产生的活塞风会造成平巷内风流的瞬态变化,导致巷道内风流流场分布紊乱,对局部风流扰动较大;活塞风影响下巷道内风速概率密度曲线走势呈正态分布;沿纵向分布的风流紊动强度值在活塞风影响下变化趋势存在自相似性,整体呈指数分布;沿横向分布的风流紊动强度在活塞风影响下沿巷道中心线呈对称分布;在巷道内局部位置分别取得沿纵向分布的风流紊动能最大值E_(max)=0.249 m^(2)/s^(2)以及沿横向分布的风流紊动能最大值E_(max)=0.503 m^(2)/s^(2),紊动能值较大,易造成巷道内局部高、低速风流、涡流以及对周围风流产生卷吸作用。矿井通风系统遭到矿内不稳定因素影响,则可能导致井下局部用风地点或整个风流系统紊乱,主进风竖井内罐笼频繁提升引起的一系列附加效应会对运输平巷通风效果产生较大影响,研究罐笼提升活塞效应对巷道内风流的影响为补充矿山局部通风理论提供参考。

关键词：矿山安全活塞风主进风竖井双罐笼 sst k-ω湍流模型动网格

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梁间距对双层钢箱梁涡振特性的影响

长安大学学报（自然科学版） 2022年第2期42卷 43-55页

作者：李加武王路霍五星长安大学公路学院陕西西安710064 长安大学风洞实验室陕西西安710064 中建丝路建设投资有限公司陕西西安710075

为了研究梁间距对双层钢箱梁涡振特性的影响,设计了6类试验组合,共31种试验工况,通过节段模型测振风洞试验,测得各个工况单层和双层钢箱梁的量纲一化涡振振幅,分析了在不同来流风攻角时,梁间距对双层钢箱梁涡振特性的影响,并与单层钢箱... 详细信息

为了研究梁间距对双层钢箱梁涡振特性的影响,设计了6类试验组合,共31种试验工况,通过节段模型测振风洞试验,测得各个工况单层和双层钢箱梁的量纲一化涡振振幅,分析了在不同来流风攻角时,梁间距对双层钢箱梁涡振特性的影响,并与单层钢箱梁的试验结果进行对比,研究其变化趋势;在双层钢箱梁的计算流体力学(CFD)分析过程中,选用了对钝体扰流模拟效果好的sst k-ω湍流模型,模拟了不同梁间距下双层钢箱梁的周边流场,分析了双层钢箱梁断面的周边绕流特性,并结合瞬态速度流线图和压力云图探讨了不同梁间距和风攻角的双层钢箱梁涡振特性的机理。结果表明:梁间距对双层钢箱梁涡振特性的影响与风动试验来流风攻角有关,在0°风攻角时,梁间距越大,双层钢箱梁涡振振幅越小;双层钢箱梁正风攻角的竖弯涡振,存在1个最优的梁间距,而部分风攻角的扭转涡振,也存在1个最优的梁间距;在负风攻角时,没有发现明显的涡振现象,其涡振特性较好。CFD计算分析表明:梁间距越大,上、下层梁周边绕流相互扰动越小,随着梁间距的增大,上层梁后缘斜腹板处气流越不易分离,前缘再附点越靠前;随着风攻角从正变负,双层钢箱梁上层梁上表面前缘绕流分离现象受到抑制,气流在上层梁上表面前缘发生的不同流动分离现象,是此类钢箱梁涡振特性在不同风攻角下表现出差异的主要原因之一。

关键词：桥梁工程双层钢箱梁涡振风洞试验计算流体力学 sst k-ω湍流模型梁间距风攻角

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高精度IPDG湍流模拟及通量格式数值特性

空气动力学学报 2023年第11期41卷 94-102,I0002页

作者：郝世熙丁秋实魏桐刘正先刘伟李孝检赵明天津大学机械工程学院天津300350 电子科技大学计算机科学与工程学院成都611731

为更高精度数值求解复杂湍流问题,在内罚间断伽辽金(internal penalty discontinuous Galerkin,IPDG)方法框架内发展了基于sst k-ω模型的湍流模拟方法,通过对亚/跨/超声速工况下流场的数值计算与湍流特征捕捉,验证了方法的适用性,进而... 详细信息

为更高精度数值求解复杂湍流问题,在内罚间断伽辽金(internal penalty discontinuous Galerkin,IPDG)方法框架内发展了基于sst k-ω模型的湍流模拟方法,通过对亚/跨/超声速工况下流场的数值计算与湍流特征捕捉,验证了方法的适用性,进而系统分析了AUSM、Lax-F、HLL和Roe 4种通量格式在IPDG湍流模拟中的数值特性。结果表明:AUSM格式在超声速工况下脱体激波面“褶皱”现象明显;Lax-F格式和HLL格式数值耗散大,在激波解析方面精度较低,且Lax-F格式在激波脚后诱导产生流动分离;Roe格式具备宽速域适用性,计算精度较高且能精确解析激波结构。

关键词：间断伽辽金内罚方法通量格式 sst k-ω湍流模型

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外立面形式对高层建筑表面风压影响研究

应用力学学报 2024年第4期41卷 928-937页

作者：王培杰沈炼韩艳杨瑛王胜德汪阔长沙理工大学土木工程学院长沙410076 长沙学院土木工程学院长沙410022 中国建筑第五工程局有限公司长沙410083

针对当前高层建筑典型外立面形式,以长沙市同有大厦为研究对象,基于sst k-ω湍流模型对增设阳台、不同凹凸外形及不同格栅类型等9种外立面高层建筑表面风压进行了详细分析,明确了不同外立面形式下建筑表面风压分布特性,并结合高层建筑... 详细信息

针对当前高层建筑典型外立面形式,以长沙市同有大厦为研究对象,基于sst k-ω湍流模型对增设阳台、不同凹凸外形及不同格栅类型等9种外立面高层建筑表面风压进行了详细分析,明确了不同外立面形式下建筑表面风压分布特性,并结合高层建筑周围流场信息,揭示了外立面形式对其表面风压的影响机理。结果表明:外立面增设阳台会导致迎风面风压系数最大值增加,背风面风压系数负值最大值减小;同时,阳台会使来流在建筑顶层阳台顶端出现流动分离,在高层建筑迎风面顶部形成局部负压;相比光滑立面,凹、凸立面会导致高层建筑迎风面和背风面表面风压差增加,建筑物靠近顶部区域会出现压力突变现象,且在墙角处会出现较大负值;增设竖向格栅同样会增大高层建筑迎风面和背风面压差,而横向和矩形格栅对结构风荷载影响相对较小。

关键词：高层建筑数值模拟 sst k-ω湍流模型外立面风压系数

能量回收透平多工况内流损失和压力脉动特性研究

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机电工程 2024年第8期41卷 1480-1488页

作者：谭正生祁炳袁学平重庆化工职业学院智能制造与汽车学院重庆401228 兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050

能量回收透平对降低海水淡化系统的能耗具有重要的作用。为了解决能量回收透平性能偏低的问题,对一台离心式能量回收透平内部的流场和压力脉动进行了研究。首先,基于sst k-ω湍流模型,计算分析了多工况关键部件内的漩涡分布特性;然后,... 详细信息

能量回收透平对降低海水淡化系统的能耗具有重要的作用。为了解决能量回收透平性能偏低的问题,对一台离心式能量回收透平内部的流场和压力脉动进行了研究。首先,基于sst k-ω湍流模型,计算分析了多工况关键部件内的漩涡分布特性;然后,通过试验测试了透平多工况的性能曲线;最后,研究了透平内部的压力脉动特性。研究结果表明:透平的高效区位于1.0 Q d~1.2 Q d工况下;在额定工况下,流体与叶片之间的相互影响微弱,能量损失最低;在1.2 Q d工况下,叶片进口压力面和吸力面均存在漩涡,压力面的漩涡是由流体与叶片发生撞击产生的,吸力面的漩涡是由于流体发生分离现象产生的。叶轮进口P11m的压力脉动幅值最大为0.019。由此可见,透平的高效区存在偏大流量工况,因此设计时应适当在偏小流量工况下,有利于多工况高效运行。

关键词：离心式能量回收透平 sst k-ω湍流模型流量工况漩涡分布特性压力脉动性能曲线

基于sst与撞击流的软性磨粒流动力学特性及实验研究

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基于SST与撞击流的软性磨粒流动力学特性及实验研究

作者：付有志浙江工业大学

学位级别：硕士

软性磨粒流精密加工是利用处于湍流流态的磨粒流对工件表面进行加工的一种新方法。通过对不同约束流道及加工装置的数值模拟,分析其内部磨粒流运动规律。基于数值模拟结果对不同约束流道或加工装置进行设计,实现软性磨粒流精密加工最优... 详细信息

软性磨粒流精密加工是利用处于湍流流态的磨粒流对工件表面进行加工的一种新方法。通过对不同约束流道及加工装置的数值模拟,分析其内部磨粒流运动规律。基于数值模拟结果对不同约束流道或加工装置进行设计,实现软性磨粒流精密加工最优化,主要工作结论如下:(1)针对软性磨粒流精密加工中单入口加工装置加工效果不均匀问题,基于流体碰撞理论,提出了一种双入口湍流强化加工新方法。(2)基于sst k?ω湍流模型与Mixture流体混合模型,建立了软性磨粒流加工过程分析模型。通过对两种加工装置内磨粒流的动力学特性进行了数值分析可知:单入口加工装置内,由于装置截面突变及约束流道壁面的限制,使得磨粒流的动力学参数在约束流道中心出现低值区域,湍动能在该区域沿流道方向呈衰减趋势。整个加工过程中,若约束流道内流体的参数分布规律不变,则导致整个加工表面出现加工不均匀性;双入口加工装置内,由于两股流体碰撞,使得约束流道内磨粒流各参数分布规律随时间改变而改变,湍动能沿特定方向的固定衰减趋势得以破坏,相对单入口加工装置而言提高了约束流道内磨粒流的运动无序性,有利于提高工件表面加工均匀性。(3)加工实验结果证明:单入口加工装置加工的工件表面在流动方向,侧边粗糙度比中间区域大,在侧边,原始的加工痕迹尚未完全去除;双入口加工装置加工的工件表面在流动方向,侧边与中间区域加工效果比较均匀,加工后工件表面成均匀镜面效果。

关键词：软性磨粒流 sst k-ω湍流模型流体碰撞磨粒磨损精密加工

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基于峡谷地形参数的桥位风特性研究

基于峡谷地形参数的桥位风特性研究

作者：张子剑西安科技大学

学位级别：硕士

随着国家对中西部基础设施建设的日益重视,为提高中西部地区的交通运输能力,需构建与之相配套的交通运输体系,桥梁在搭建交通运输网中担任重要角色。由于西部区域地形高低重迭,所修建桥梁多需跨越山川沟谷,所以越来越多的斜拉桥或高墩... 详细信息

随着国家对中西部基础设施建设的日益重视,为提高中西部地区的交通运输能力,需构建与之相配套的交通运输体系,桥梁在搭建交通运输网中担任重要角色。由于西部区域地形高低重迭,所修建桥梁多需跨越山川沟谷,所以越来越多的斜拉桥或高墩连续刚构桥成为首选,而斜拉桥这种对风敏感的结构在这种复杂地形下的抗风设计尤为复杂。因为现有桥梁抗风设计规范主要针对的四类场地中并未给出具体的山区地形的设计风参数参考依据,而现有研究都是以某一具体工程为背景而开展的,对同类型的桥梁抗风设计不具有规范化的参考价值,故基于地形参数开展山区地形桥位的风场特性很有必要。本文以西部山区某双塔单索面斜拉桥实际工程的峡谷地形为研究对象,借助“物理风洞”和“数值风洞”研究此类地形的风场特性。首先对现有桥梁抗风设计规范研究分析,发现2018版公路桥梁抗风设计规范在计算桥梁构件基准高度处设计基准风速时相较于2004版规范添加了地形条件系数与地形类别转换及风速高度修正系数,且已有研究成果对于此参数的研究较少,因此选定此参数为研究对象。其次针对桥位风场实际地形进行了数值模拟计算,并结合课题组前期风洞试验的结果,验证了数值模拟手段的针对这类地形的适用性和可行性。并在此基础上,从网格划分方法、网格类型、网格疏密程度、湍流模型四个因素入手探讨了如何提高“数值风洞”在这类桥位风场特性模拟时的精度,对比发现采用ICEM CFD前处理器,分辨率为30m×30m六面体网格,sst k-ω湍流模型在本案例中的精度较高。同时为验证实桥结构存在与否对复杂地形桥位风场特性的影响程度,基于上述的数值风洞研究成果进行了有无实桥结构的风场特性分析,经与风洞试验结果对比,发现相对于整个桥位风场来说实桥结构的存在对风场特性影响可以忽略,故本文不考虑实桥结构后,采取简化模型开展了多地形参数(峡谷长度、峡谷宽度、山体高度)的风场特性计算,得到了山体表面的风速和压力云图,以及风速、湍流强度等抗风设计所需关键参数的变化规律,通过将结果和现有规范的对比发现,地形参数中峡谷宽度对风场空间分布特性影响较大。最后本文基于上述研究成果给出了同类型场地条件随着地形参数变化的斜拉桥主要受力构件基准高度处设计基本风速的推算公式,力求为同类型场地条件的斜拉桥抗风设计提供参考。

关键词：山区地形斜拉桥风特性参数多地形参数数值模拟 sst k-ω湍流模型

带定位格架燃料棒束通道内流动与传热特性研究

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带定位格架燃料棒束通道内流动与传热特性研究

作者：罗骞哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

本文采用数值计算的方法,分析研究了带定位格架燃料棒束通道内的流动与对流传热特性,以期清晰了解定位格架对燃料棒束通道的流动换热影响。为保证所采用数值算法的合理性,本文从湍流模型及网格敏感性方面进行分析,从而确定适用于本课题... 详细信息

本文采用数值计算的方法,分析研究了带定位格架燃料棒束通道内的流动与对流传热特性,以期清晰了解定位格架对燃料棒束通道的流动换热影响。为保证所采用数值算法的合理性,本文从湍流模型及网格敏感性方面进行分析,从而确定适用于本课题所研究的定位格架棒束窄通道流动传热问题的数值分析方法。研究中,为解决定位格架结构带来的网格划分难题,拟考虑将弹簧及刚凸同燃料棒之间的线接触改为面接触,棒束通道网格划分采用结构化与非结构化混合的网格形式。本文首先对带完整定位格架及不带定位格架的两种几何模型进行数值分析,比较其速度场与温度场,发现由于定位格架的存在能够使同一截面处速度和温度分布更加均匀,并且定位格架能够有效的降低棒束壁面的热流密度,从而提高棒束表面的对流传热系数。其次,比较了棒束在加热与不加热时通道内冷却剂轴向速度分布,进而分析由于密度差所导致的浮升力对流场的影响,发现在压水堆堆芯通道中浮升力可以忽略不计。为了了解定位格架中不同结构对流场与温度场的影响,本文最后比较了完整定位格架通道、不带搅混叶片通道以及只带搅混叶片三种结构中温度分布、对流传热系数热流密度、湍动能、二次流以及交混系数等参数。发现由于搅混叶片的存在使通道中产生了较大的搅混作用,使温度分布和质量流速分布更加均匀。

关键词：定位格架 sst k-ω湍流模型交混系数数值模拟