基于CFX和Morison公式的深海测量潜标水动力数值模拟

深海潜标系统是对深远海水下环境进行观测的有效手段。文章设计了6000m水深的单点系泊式潜标系统。采用CFX软件,基于k~ε湍流模型对潜标的阻力系数进行了仿真分析,之后基于悬列线理论,采用Orcaflex软件,对深海潜标系统的锚系结构进行了数值分析。数值研究了普通海况与恶劣海况下潜标系统的水动力性能,并通过分析时域内不同工况下潜标与锚系系统的耦合响应,验证潜标系统正常运行的可行性以及恶劣海况下的可生存性,并为锚系的进一步优化提供参考。

分离板对圆柱体涡激振动特性影响的数值分析

圆柱形结构广泛地存在于自然界及工程界中,因粘性流动分离所诱发的涡激振动抑制问题一直备受国内外学者的密切关注。分离板作为常用的被动流动控制装置,其对圆柱形结构涡激振动的影响和抑制的内在机理还尚待开展深入的研究。文中基于升力振子模型和分离涡法(DES),结合异步迭代算法,采用SIMPLE算法和Newmark-β法对离散的流体和结构方程进行强耦合的数值求解。数值验证了基于分离涡强耦合算法的准确性,开展了不同约化速度下(0<U*<16.67)分离板(无因次流向长度L/D=0.5)对圆柱体单自由度涡激振动的影响研究,讨论分析了分离板对圆柱体尾涡模式、流体力响应、振动响应和频率特性的抑制效果,获得了临界流速。数值研究结果表明:当U*<10时,分离板对圆柱结构的涡激振动有显著的抑制作用,圆柱结构的最大振幅降低了约69%,频率锁定区域变窄,同时旋涡发放频率也明显下降,圆柱结构受到的平均阻力系数、均方根阻力系数和均方根升力系数分别降低了约40%、90%和52%;当U*>10时,分离板的存在会引起显著的驰振现象,圆柱振幅不断地增大;随U*的继续增加,剪切层在分离后又重新附着在分离板上,圆柱从水流中吸取能量且其远大于结构阻尼所消耗的能量,振幅继续增加并超过了光滑圆柱的振幅,圆柱振动显著加剧,分离板不能起到抑制圆柱振动的作用。