波浪在陡坡上传播演化破碎特性试验研究

文中选取不同波浪入射参数和水深,分析了波浪在陡坡上传播破碎规律,采用高速摄像机对卷破破碎组次进行拍摄,结合频谱分析对陡坡上波浪破碎形态、破碎位置、波能演化特性进行研究.结果表明:对于卷破破碎波,影响最大的因素是水深,其次是波高和周期.卷破波破碎的过程是水团和卷舌不断演化扩大最后消失的过程,是波能从低频向高频转换的过程,高倍频向主频及次频转移最终趋于稳定标志着卷破破碎的结束.

船舶破损双舱室强制横摇进水试验研究

文中基于自主设计的强制横摇运动装置,完成船舶破损双舱室强制横摇进水试验,针对不同的船舶双舱室吃水、横摇振幅以及横摇周期三个影响因素,制定了75种试验工况并进行了大量重复性试验.试验测量得到的船舶双舱室内部水深时历曲线经平滑后与数值模拟所得图线趋势吻合.对比分析所有工况下图线,结果表明:船舶双舱室内部达到最大水深所需的时间基本与横摇振幅无关,受横摇频率影响,且第二舱室内达到最大水深的时间随船舶双舱室吃水的增加而明显减小.

一种带自由面的三维船体贴体网络的数值生成

本文提出了一个生成自由面的三维船体贴体网格的数值方法。文中以静水面以上的船体型线作为描述非定常自由面的计算网格域，进一步完善了我们以往开发的无法考虑兴波与静水面以上的船体型线相互作用对船舶粘性流动影响的网格生成方法。静水面以上的初始自由面网格分别沿船面法线η及切线ζ方向的曲线长的指数进行分布，即可极方便地调节自由面在船面及静水面附近的网格间距，也保证了在数值离散三维Ｐｏｉｓｓｏｎ方程时具有相当好的收敛性。这种方法的特点是计算量相当小，尤其能极方便地控制网格在船面簿粘性层中及静水面附近的分布。以Ｓｅｒｉｅｓ６０船模作为计算算例。

用于船体粘性绕流计算的常规船型的三维贴体网格的自动生成

本文开发了一种任意船型的三维贴体网格的自动生成程序，该模块的特点是具有较小的网格生成的ＣＰＵ时间，尤其能极方便地控制船而附近的网格间距，选择了用于粘流计算的三条经典船型如Ｓｅｒｉｅｓ６０，ＳＳＰＡ７２０货船及ＨＳＶＡ油船作为计算算例，其网格生成的质量是相当满意的。

船型对船舶尾流场影响的数值试验

依据计算三维船舶尾流场的方法，通过ＬＦＭ数学船型来讨论船型系数如方形系数Ｃｂ和尾剖面ＵＶ度的变化对船舶尾流场的影响．计算结果表明，在前体保持不变及忽视螺旋桨时（这里自由面仅作为对称面），所计算的Ｖ型和Ｕ型尾部伴流分布分别呈现直线性和弯曲的曲线，Ｕ型尾部具有比Ｖ型尾部更高的静压峰．计算结果与试验现象吻合较好．

船舶报价的dBASEⅢ管理系统

本文所建立的船舶报价系统是由船舶报价和数据库管理两类模块所组成。本系统以船舶数据库为核心,并采用使用广泛的dBAsEⅢ语言编制而成,可在IBM微机及兼容机上运行。本系统不仅能准确、迅速地预报船舶价格,而且有汉字显示的人机交互功能。同时,还能随时方便地添加、删除、修改及索引船舶数据库中的纪录。本系统可为船舶的经济论证及船舶的初步估算提供信息。

浅水方程的数值模拟

本文采用拟合坐标系,并用滑动边界条件和弧长不变原理处理边值变换。用破开算子法将浅水方程破开为对流方程和扩散方程,在变换平面上分别用迎风差分格式和有限解析法进行数值计算,所编程序可预报浅水流域的流态及传质传热的对流扩散问题。对两个浅水环流问题进行了计算实践,第一个算例与实验进行了比较,吻合良好。

基于VBA的螺旋桨流固耦合数值模拟

针对近年来广受关注的船用螺旋桨水弹性问题,采用面元法(BEM)进行螺旋桨水动力分析,基于有限元(FEM)进行桨叶结构分析,在Excel VBA环境中借助于Shell函数分别调用BEM代码和FEM模块,实现了螺旋桨稳态性能的双向流固耦合数值模拟.算例对DTMB4119桨分别采用"刚性"铝青铜和"弹性"S玻璃纤维两种各向同性材料进行了求解,计算结果表明,弹性桨变形量远大于刚性桨,变形形态以轴向和周向的弯曲为主,体现为侧斜和纵倾的改变;桨叶螺距基本不发生变化,其水动力性能与"刚性"桨保持一致,两者的应力分布也基本相当.相关研究结论可为后续复合材料螺旋桨水弹性分析与设计工作提供前期基础.

船用复合材料螺旋桨水动力性能影响因素研究

采用流固耦合算法,就材料特性、纤维方向、桨叶侧斜和负荷大小对复合材料螺旋桨水动力性能的影响展开数值计算研究。研究结果表明,当材料的平面剪切模量较低、或桨叶侧斜角度较大、或桨叶负荷较大(低进速系数或者高转速)时,桨叶的扭转变形量及水动力变化较大。纤维方向显著影响复合材料螺旋桨的流固耦合性能。直接改变桨叶材料、纤维方向或侧斜角度时,复合材料螺旋桨在大部分工况下的敞水效率均低于具有同样几何形状的金属螺旋桨,其水弹性效率的提升有赖于更完备的设计方法。

三维船体贴体坐标的数值生成

本文采用数值求解Possion方程方法来生成三维船体的贴体坐标系。文中采用滑动边界条件及弧长变换和插值技术来控制船体表面及区域内的网格密度,网格变换控制方程采用稳定性好的有限解析法进行数值求解。对经典算例(Wigley)数学船型生成贴体坐标系的结果表明,网格分布是令人满意的。因此,以本文法所编制的三维船体贴体坐标的计算机程序是可行的,并可应用于船舶周围粘性流场的数值计算。

考虑水弹性影响的螺旋桨设计方法研究

船用螺旋桨工作在低速重负荷工况、或采用大侧斜几何型式或采用复合材料时,其流固耦合现象较为突出,螺旋桨设计中若无法准确考虑其间的水弹性影响,将会造成船机桨失配及实船推进性能的错误预报。文章基于螺旋桨环流理论设计方法、螺旋桨流固耦合算法以及逐步逼近法,形成了一套可考虑水弹性影响的螺旋桨设计方法,重点讨论了流固耦合中水动力载荷更新方式、逐步逼近法中预变形松弛因子的选择对设计结果的影响。通过大侧斜螺旋桨及复合材料螺旋桨设计实例,进一步阐述了在螺旋桨设计中考虑水弹性的必要性,也验证了所开发设计平台的有效性。该设计平台为后续复合材料螺旋桨的优化设计提供了基础。

多孔吸声材料在高速船舱室噪声控制中的应用

应用VA One软件对不同层数、由不同厚度与密度吸声材料组成的复合吸声材料进行研究,得到重量相对较轻、吸声性能较佳的复合吸声材料。根据子系统对舱室声腔能量贡献大小的不同,应用上述3种复合吸声材料对高速船中对噪声水平要求较高的舱室进行噪声控制处理,取得良好的吸声效果。

在线课程学习效果评价指标的学习者认可度研究

在线课程因其共享的、大规模的优质教学资源而在高等教育领域迅速发展,在线课程学习效果评价及其认可度是不断提升教学质量的关键要素,因而也受到广泛关注。该研究针对在线课程学习效果评价指标的学生认可度进行探究,对武汉理工大学采用工程流体力学在线课程学习的学生进行问卷调查,探讨学生对学习效果评价指标的认可程度,进一步分析不同在线课程资源类型的评价指标对学习效果评价的影响。结果表明,作业和测试这两类传统的教学考察手段,改为在线进行后,仍是学生最为认可的能够体现学习效果的方式。相较而言,在线登录次数、PPT资源观看次数和时长、视频资源观看次数和时长、论坛参与程度等与传统线下教学完全不同的考察手段,还未能够充分得到学生的认可。

固定/浮式结构贯通类湍流场数值模拟

[目的]为揭示固定、浮式结构贯通类局部高度湍流、碎波与流体分离等机理,以3类典型主动/被动式开孔结构物(即喷涌型浮式防波堤、静水受迫横摇运动下破舱模型、国际标准模型DTMB 5415破损船舶)为对象研究贯通类流动与运动耦合/非耦合问题。[方法]引入体积力技术,采用基于非定常、不可压缩流Navier-Stokes方程的动态重叠网格法,结合k-ε湍流模型,建立波浪喷涌型浮式防波堤进出水流动计算模型、静水受迫横摇运动下破损空舱进水瞬态与稳态晃荡计算模型、波浪破损船舶非线性运动预报模型。开展主动/被动式开孔固定、浮式结构贯通类湍流场数值模拟。[结果]结果表明,计算模拟的舱室进水水位、破损船横摇运动响应与相关试验数据吻合,验证了典型开孔贯通类流动与运动耦合/非耦合计算模型的可行性与精度。[结论]所完成的对不同结构贯通类湍流场的数值模拟,可为破损船舶安全航行与生存能力评估以及喷涌型防波堤的发展提供新的技术支撑。

h-自适应切割网格法在船海工程领域的发展综述

针对船海工程领域的多体、多尺度、动边界和自由表面等计算流体力学(computational fluid mechanics,CFD)研究热点问题,旨在精细捕捉流场特征,需要开发一套相应的自适应网格技术.根据对比和分析现有的自适应技术及其适用范围,重点研究基于非边界拟合法的h-自适应切割网格(cut-cell method,CCM)技术.针对船海工程领域的复杂几何边界、自由表面等问题,着重将h-块和h-叉树自适应CCM进行对比和分析,并对其研究现状和关键问题提出总结和展望.

基于分区径向基函数的Level Set界面捕捉研究

针对传统的Level Set方法的固有缺陷,通过引入径向基函数(radial basis function,RBF),提出一种分区捕捉动界面的Level Set数值方法,将Level Set偏微分控制方程转化为全微分方程,避免了重新初始化过程,可精确表达界面形状并维持质量守恒.采用径向基函数中的基函数和权重系数来重构符号距离函数,并结合区域划分技术提高计算效率.3个计算算例表明,基于分区径向基函数Level-Set方法,可明显提高界面几何形状的精度和捕捉效率,具有较好的质量守恒性.

锚链坠落及碰撞的数值模拟

锚链脱落坠入海底的事故时有发生,分析锚链坠落后的完整性对打捞工作有实际的工程意义.基于OrcaFlex海洋工程软件,应用质量-弹簧模型数值模拟锚链坠落问题,结合冲击函数法,分析坠落过程中链环间的碰撞.研究结果表明,链环间碰撞应力大小主要取决于锚链初始姿态,锚链与海床倾角越大,链环间发生危险碰撞概率越大,碰撞应力也越大.同时采用有限元软件模拟2环碰撞,相比于锚链整体模型,2环相撞是多环锚链坠落碰撞的一种简化模型.通过比较2环碰撞与多环碰撞应力大小,验证了多环碰撞计算结果的可靠性.

基于二维非结构网格的全隐式CICSAM格式

针对气液固多相流中含间断解、大梯度突变等对流占优问题,为了实现对梯度突变的间断界面的有效捕捉,在归一化变量表(NVD)和显式CBC对流有界性准则的基础上构造了一种全隐式CICSAM格式,实现了数值解的高精度和单调收敛,其中控制方程采用非结构网格有限体积法进行离散,并采用线性插值方法重构上游迎风网格单元.为了验证离散格式的数值精度和收敛性能,采用两个经典纯对流算例进行数值验证,并与现有研究结果进行比较.

不可压缩流动的非结构网格自适应方法研究

利用一致分裂格式无分裂误差的特性,简化了误差表达,构建一种新的误差估计自适应方法.在验证有限元一致分裂格式数值精度的基础上,对不可压缩绕流问题进行数值求解.通过圆柱/方形体绕流自适应算例观察到:网格加密比率、最大加密迭代次数,以及初始网格密度对流场数值精度影响较小,而不同受力构建的目标函数对数值精度影响较大,且对不同的流场有一定差异性.比较了一致分裂格式与压力修正类分裂格式在自适应计算中的精度与计算效率,该分裂格式具有无修正误差、计算精度高等优点.

基于破损舱室晃荡进水的量化试验研究

针对静水中破损舱室贯通类破口进水液舱晃荡问题,基于自主设计研制的受迫横摇运动破损舱室进水试验装置,在强制横摇工况与全约束典型工况下,研究船舶破损后舷外与舱内贯通时大量的水侵入舱室、液舱晃荡受舷外波浪激励引起非线性失稳现象,并结合对填补破口后的完整舱室进行共振与非共振的试验进行对比分析。试验结果表明:在破口形成10 s后船舱内部进水的运动状态趋于稳定,此时若将破口填堵会使船体内部的积水运动更为剧烈,影响船体稳性。试验得到了船体受损后合理的补救时间点,并使用量化试验窄带域对强制横摇工况下破舱进水试验进行了处理,得到了可信的试验区间,为后续针对破损船的研究提供了有力支撑。