基于STAR-CCM+的海上风电运维母船水动力性能分析

船舶阻力直接影响船舶的快速性,船舶耐波性直接影响船舶的舒适性,因此需要对二者进行计算分析。本文选取两艘海上风电运维母船作为研究对象,使用STAR-CCM+软件,基于重叠网格和VOF方法建立数值模型,计算船型的静水阻力和在规则波下的运动响应,与物理模型试验结果对比,对船舶的水动力性能做出预报。将两船型的水动力性能进行对比,分析两船型的性能优劣,为运维母船的船型选择提供参考。

基于STAR-CCM+仿真软件的双体船水动力性能分析

以某双体船为研究对象,基于STAR-CCM+仿真软件,按网格无关性验证和时间步长无关性验证的要求,对双船体船静水阻力进行数值方法验证,证明数值计算结果的准确性。对不同片体间距、不同片体形态和不同斜向航行角度等工况进行数值计算,分析双体船水动力性能。计算结果表明:在双体船直航时,在片体间距比为0.2、弗劳德数为0.4的工况条件下,与同一航速的其他工况条件相比静水具有明显的骤升现象,且总阻力系数达最大值14.56×10^(-3);在片体外旋转2°时,与其他旋转角度相比阻力值最小。研究发现,无论是在直航还是斜向航行的情况下,双体船的总阻力系数均呈现先升后降的趋势,说明该船型在处于高速航行状态时具有一定的优越性。

基于STAR-CCM+的深远海网箱结构设计与分析研究

为解决网箱传统养殖方式养殖密度高、水产品质量差等问题,设计了深远海网箱养殖平台。采用STAR-CCM+对网箱进行耦合分析,选择合适的松弛因子和库朗数来定义求解器,进行相应网箱物理模型设置。分析数据来源于嵊泗海域设置的临时观测点,利用潮流观测技术统计潮汐特征值。4个潮位观测点从表层到底层划分为6个观测层,分别进行大小潮期间实测最大流速统计,运用潮位潮流和余流分析法对数据进行合理分析,取站位完善数据进行网箱的水动力分析。结果显示在常规工况1.0 m/s、1.2 m/s和风暴工况2.0 m/s的流速下网箱结构均能满足设计要求。研究得出的结论能有效提高养殖海域的面积和水产品的质量,同时对其它类型的养殖装备也具有一定的参考意义。

基于STAR-CCM+的进气道优化设计

为提高进气道设计效率,缩短开发时间,基于STAR-CCM+的进气道优化设计方法,建立汽油机进气道稳态参数化模型,利用STAR-CCM+Design Manager中的Sherpa优化算法进行目标为y滚流比和进入燃烧室的新鲜空气质量流量最大化的多目标优化。仿真结果表明:y滚流比和进入燃烧室的新鲜空气质量流量之间存在明显的trade-off竞争关系;与基准设计相比,最优设计的y滚流比提升了15.6%,进入缸内的空气质量流量提升了22.3%。该研究方法可以实现快速自动化的汽油机进气道优化设计,减少设计周期,提高设计效率。

基于STAR-CCM+的淋胶管淋胶均匀性研究

淋胶管是聚氨酯泡沫合成轨枕生产中的关键部件,其主要作用是将树脂淋胶到纱线上,淋胶管淋胶越均匀,产品成型质量越好。基于流体仿真软件——STAR-CCM+,研究了淋胶管各结构参数对淋胶均匀性的影响。结果表明:中间管内径越大,淋胶小孔处壁厚越厚,淋胶小孔孔径越小、数量越少,淋胶均匀性越好;而淋胶管入口内径对淋胶均匀性影响甚微。基于该研究结果,对淋胶管进行结构优化,优化后的淋胶管淋胶均匀性相比原结构具有明显改善,淋胶均匀性由71.9%提高到96.6%。该研究结果对于聚氨酯泡沫合成轨枕的实际生产及其他类似的淋胶管设计及应用都具有重要的参考价值。

基于STAR-CCM+的小型无人双体船水动力性能分析

[目的]旨在系统性研究小型无人双体船的水动力性能。[方法]基于STAR-CCM+数值仿真软件,数值模拟小型无人双体船在不同弗劳德数Fr下静水状态和自航状态时的水动力性能。仿真选用非稳态RANSE模型,使用动态流体相互作用(DFBI)模型和重叠网格功能模拟双体船的纵倾与垂荡,并采用体积力法代替推进器的作用。使用摩擦阻力系数经验公式验证小型无人双体船在静水状态下的仿真结果,同时将自航试验结果与自航状态下的仿真结果进行对比以验证仿真结果的准确性。[结果]结果表明,当推进器转速为3000 r/min时,小型无人双体船在自航状态下的总阻力与静水航状态下的相差21.099%;在不同的推进器转速下,小型无人双体船在自航状态下的推力仿真值与试验值间的相对误差均小于10%。[结论]仿真值与试验值的对比验证了仿真的可靠性,采用体积力法研究的船体在自航状态下的水动力性能与静水状态下的差异较大,所用数值方法可为进一步预报双体船的水动力性能提供参考。

基于Star-CCM+二次开发的飞机外流场数值模拟

为了在飞机气动外形设计中获得较为理想的气动性能,必须经过多次的几何建模、模型优化、网格划分、CFD流场数值模拟以及数据采集与分析等过程,其过程耗时耗力且易出错。以DLR-F6翼身组合体为例,基于Star-CCM+软件对飞机外流场数值模拟流程进行二次开发,并给出了部分功能的关键代码。二次开发程序包括以下主要功能:模型导入以及几何处理、网格划分、物理模型选择、边界条件设置、监测点以及监测面设置、计算参数设置以及计算结果查看等等。研究结果表明,使用Star-CCM+二次开发的方法可使飞机外流场的数值模拟按照规范而简单的流程进行,实现一键设置,提高飞机外流场数值模拟的工作效率,保证计算精度以及迭代计算结果的一致性,避免了模拟过程中的遗漏或错误。

低功耗SM4-CCM算法硬件架构设计

物联网已被广泛应用于各行各业。在智慧医疗、智能制造等应用领域,物联网设备采集的数据与用户隐私甚至生命财产安全关系密切。为了保障数据的机密性和完整性,防止数据篡改或泄露,以RFC 8998公布的认证加密算法SM4-CCM为对象,研究和设计了一种低功耗的SM4-CCM算法硬件架构。在TSMC 90 nm工艺、1.0 V供电电压下的实验结果显示,该设计的功耗仅为1.338 mW,面积为31.4 K门,而吞吐率达到32.12 Mbps@100 MHz。实验结果表明,该设计的功耗、面积、吞吐率等性能指标能够满足物联网数据保护需求。

“华龙一号”非能动安全壳热量导出系统程序与STAR-CCM+程序耦合计算方法

为更好地对“华龙一号”(Hua-long pressurized reactor 1000,HPR1000)非能动安全壳热量导出系统(passive containment heat removal system,PCS)周围的流场和浓度场进行分析,针对HPR1000 PCS基于漂移流模型开发了一套一维自然循环瞬态计算程序,并将该系统程序与STAR-CCM+程序开展耦合计算研究。PCS程序读取来自STAR-CCM+程序计算的温度、压力及气体组分参数开展计算,并将PCS传热管温度作为返回值传递给STAR-CCM+程序,通过在PCS传热管壁面附近第一层网格内设置冷凝通量的方法将PCS冷凝量及冷凝对应能量从系统中移除。研究结果表明,采用经过验证的PCS程序和耦合计算方法对PCS空间进行计算分析,可以有效控制空间内的温度和压力,PCS周围形成明显的温度和浓度梯度。本研究建立的PCS程序与STAR-CCM+程序耦合计算方法能够用于后续HPR1000及华龙后续机型的PCS研究。

基于STAR CCM+的轴流叶片弯掠对气动性能影响的研究

轴流叶片弯掠设计可以改善风机流场,优化轴流风机的气动性能。为了探究叶片弯掠设计对风机气动性能的影响,用控制曲线描述轴流风机翼型参数和弯掠值沿着叶高方向的变化,实现了轴流叶形的参数化。在STAR CCM+软件中建立CFD模型,对不同弯掠组合的轴流风机的气动性能进行数值模拟,对叶片表面静压分布以及风机静压-风量性能曲线进行了分析,讨论了轴流叶形弯掠设计对风机气动性能的影响,为轴流风机的优化提供了依据。

基于STAR-CCM+多边形网格的垂直轴风机的仿真分析

目前主流的风力发电机以水平轴式为主,除此以外还存在一种垂直轴风机,其与水平轴相比在某些方面有着一定的优势,然而垂直轴风机领域的研究还较少,技术及理论都不够成熟,使得垂直轴风机一直得不到较好的应用。为了得到一种更具实用价值的垂直轴风力发电机,本文以传统的H型垂直轴风机为基础进行改进,添加了辅助电机和电磁锁等结构,解决了H型垂直轴风机的自启问题。同时,为了将风机的发电功率最大化,需要得到风机在各风速工况下的最佳转速,使用STAR-CCM+的多边形网格,并引入k-ε湍流模型进行垂直轴风力发电机流场仿真模拟。通过改变环境风速和风机转速,对比不同工况下的发电功率,找到各环境风速下的最佳的风机转速。仿真结果表明,当风机转速是当前环境风速的2.5倍时,风机的发电功率最大。

CCM交错反激式光伏并网微逆变器的建模和控制

建立CCM交错反激式微逆变器的整体四阶模型,分析系统的零极点分布,并基于该模型提出控制设计策略。相对于单路反激式微逆变器模型近似分析交错反激式微逆变器系统特性并提出进行控制设计的方法,该方法能准确描述系统控制输入到并网电流传递函数中存在的右半平面零点位置,提高控制设计的精确性和控制效果,修正已有控制方法中存在的控制偏差,同时改善因两路交错反激变换器参数不同所引起的负载不平衡,提高系统整体性能。最后设计一台250 W微逆变器实验样机,实验结果可验证整体建模和控制的有效性。

柠檬酸-苹果酸钙(CCM)咀嚼片的研制

以柠檬酸-苹果酸复合钙(CCM)、蔗糖、甘露醇、柠檬酸等为原料,研究了高吸收的补钙制剂——柠檬酸-苹果酸复合钙(CCM)咀嚼片的配方及制备工艺,通过正交实验确定了CCM咀嚼片的最佳配方及最佳工艺条件,得到口感、质地、风味俱佳的产品。

基于Star-CCM+的滑行艇水动力性能模拟计算

为研究滑行艇在波浪运动中的水动力性能,基于STAR-CCM+软件平台,使用VOF方法,结合RNG k?ε模型,通过求解Navier-Stokes方程,对水面滑行艇的直航运动进行数值模拟,得出滑行艇阻力随航速的变化情况及其升沉和纵摇随频率和波长变化的一般规律。将软件模拟值与船模试验值进行比较。研究结果表明:在STAR-CCM+平台上模拟水面滑行艇直航运动水动力性能具有可行性和准确性。

CCM和DCM模式Buck变换器建模与混沌现象仿真

利用Matlab/Simulink分别建立了电流连续和断续模式的电压控制型Buck变换器的两种模型,通过仿真观察到了混沌现象。该模型成功地模拟了可控功率开关的开关状态及其PWM驱动信号,非常贴近于开关的实际工作状态。对两种模式的模型进行仿真,在电流连续模型中,得出输入电压变化时的V-I相图和系统主要电量的时域波形图,观察到了系统由稳定到混沌的演化过程;在电流断续模型中,得到了负载电阻和电感变化时系统动力学行为变化的相图,从而验证了电流断续模式下混沌现象的存在性。仿真结果均符合理论分析。

中国大气污染时空演化与交互耦合分析

该研究利用2015年1月-2021年2月中国近1500个大气质量监测站点的数据,结合小波分析和收敛交叉映射分析(CCM),研究了9个分区内PM_(2.5)、PM_(10)、O_(3)、NO_(2)、SO_(2)和CO浓度的时空演化、周期性特征和交互耦合。发现大部分站点的污染物浓度呈季节性振荡,夏季低、冬季高,O_(3)为例外。华北及周边地区污染物浓度高,华南和青藏地区低,但东南沿海地区O_(3)浓度增多。各污染物年均浓度整体呈下降趋势,其中2020年PM_(2.5)、PM_(10)、NO_(2)、SO_(2)和CO比2015年分别降低了33.08%、33.51%、18.12%、60.66%和31.86%,而O_(3)升高了7.07%。NO_(2)逐渐取代SO_(2)成为主要污染物。季节变化和区域分布存在明显差异,不同污染物之间双向交互耦合关系显著,其中PM_(10)、PM_(2.5)和CO交互耦合强度高,而O_(3)交互耦合最弱。CO和NO_(2)控制对PM_(2.5)和O_(3)控制至关重要,协同控制具有重要意义。

单电感双输出CCM Buck变换器输出交叉影响分析

以工作于电感电流连续导电模式(continuous conduction mode,CM)的单电感双输出(single-inductor dual-output,IDO)Buck变换器为研究对象,采用时间平均等效电路方法,给出SIDO CCM Buck变换器的直流电压增益及系统的输出/控制、交叉影响、耦合等传递函数。在此基础上,得到一种分析SIDO CCM Buck变换器交叉影响的功率级小信号模型。论文建立电压控制SIDO CCM Buck变换器的闭环小信号模型,分析变换器两路输出负载变化对两路输出支路的交叉影响。最后,通过仿真和实验结果验证理论分析的正确性。

基于Z域变换的CCM电荷传输模型研究

分析了EMCCD的结构特征及载流子倍增寄存器利用碰撞电离实现电荷倍增的原理,建立了一种基于离散系统Z域变换的CCM电荷传输模型.该模型描述了在CCM电荷传输的电荷转移损失和电荷倍增过程.利用该模型的电荷传输的传递函数,本文推导了CCM电荷传输幅频响应的计算表达式并结合CCM的典型参数进行了数值计算.计算结果与实验观察表明随着电荷倍增率越大,CCM电荷传输的幅频响应改善越明显.

基于STAR-CCM+的某渔船阻力预报与球艏参数敏感性分析

应用雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)法,对某远洋渔船进行数值计算,分析研究不同湍流模型对数值计算的影响,与船模试验值进行比较,选择合适的湍流模型,验证了STAR CCM+软件的可靠性。在此基础上,对该渔船球艏最前点高度和首垂线处球鼻横剖面最大宽度进行参数变化敏感性分析,分析改型模型阻力及流场变化情况。结果表明:在设计航速时,SST k-ω模型为较佳模型;首垂线处球鼻横剖面最大宽度变化对总阻力影响较小,球艏最前点高度增加能有效地降低阻力,当二者组合作用时,阻力能够得到较好改善。

一种可工作于CCM模态的高效图腾柱无桥PFC变换器

提出一种具有零电压开通(zero-voltageswitching,ZVS)和零电流关断(zero-current switching,ZCS)的可工作于CCM腾柱式无桥功率因数校正(power factor correction,PFC)电路拓扑。该拓扑在传统图腾柱无桥PFC的基础上,通过增加辅助谐振支路来实现功率开关管(MOSFET)的ZVS导通,同时辅助谐振支路亦可有效地抑制其体二极管电流的di/dt,实现ZCS关断,极大地缓解了MOSFET体二极管反向恢复问题;工作在电流断续模态下的辅助谐振支路,其开关管均能实现零电流开通,变换器的所有开关管均工作在软开关状态。该拓扑克服传统硅基图腾柱无桥PFC的MOSFET体二极管反向恢复问题,以及只能工作在电流断续导电模式或临界导电模式的限制,拓宽其工作范围,与传统图腾柱式无桥PFC电路相比,有更高的效率和功率密度。基于对所提出变换器的工作原理和稳态特性的分析,设计一台实验样机,实验结果验证了该拓扑方案的可行性和有效性。