时域模型FUNWAVE与SWASH的对比研究

本文采用Berkhoff为验证缓坡方程的不同计算方法可信度所使用的地形,对基于Boussinesq方程的FUNWAVE和基于NS方程的SWASH两种时域模型进行了比较分析,通过与实测数据对比,结果显示两种模型都能达到较好的精度,整体上FUNWAVE略好于SWASH,但基于相同的模型设置,SWASH运行速度远远快于FUNWAVE。综合考虑两种模型的精度与运行速度,SWASH模型被认为更具实用性。

Analysis of the Beach Face with High-Frequency Oscillations and Dynamic Functions in the Swash Zone in the Houjiang Beach of Guangdong Province

Using the data of beach face high oscillations and waves and flows of the surf zones influenced by the swells, the characteristics including beach face variation trends, trend shapes, oscillation periods, oscillation intensions of different profile shapes, and the characteristic relations between different stake points on the same profile were analyzed comparatively. The relations between the beach face with high oscillations erosion and sediment and the surf zone infragravity waves were also analyzed based on the cress spectrum analysis. The results showed that the swash diffluences caused by the beach cusp rhythm topography hasten the sediment transport from the beach ridge to beach paddy, and the beach face of the swash zones has the infragravity periodic oscillations, and the oscillation intensions descend from the bottom to the top of the beach face, and the infragravity waves of the surf zones have significant effect on the high-frequency variations of erosion and sediment of the beach face.

岛礁三维SWASH模型的时空敏感性分析

为了探究SWASH模型中计算网格尺寸及计算时间步长对于解决深海至浅水三维复杂地形下波浪和水流运动的影响程度,在对其控制方程、边界条件、数值求解等介绍的基础上,采用多组不同的计算网格尺寸和不同的计算时间步长对三维地形试验下珊瑚岛礁概化模型进行波流场的模拟,并将模拟结果与物理模型试验的实测结果进行对比。结果表明:SWASH模型的数值模拟结果对计算网格尺寸表现得比较敏感,对计算时间步长表现得并不敏感,并且在合适的参数选取下,SWASH模型可以较好地模拟波浪在近岸区域所发生的浅水变形,以及在岛礁地形区域的波浪破碎和绕射等物理现象,其流速和波高沿波浪入射方向的模拟值与物理模型的试验值结果吻合程度较好,说明SWASH模型能够较好地适用于近岸复杂地形下波浪传播的数值模拟。

基于SWASH模型的近岸波浪传播变形数值模拟

SWASH模型是一种新型的非静压时域波浪模拟。为了探讨SWASH模型对于解决近岸波浪传播变形问题的适用性,在对其控制方程、边界条件、数值解法等进行介绍的基础上,采用该模型分别模拟了正向规则波、斜向规则波和斜向不规则波入射条件下L形防波堤附近水域的波浪场和波生流场,并与物理试验结果进行对比。结果表明,SWASH模型较好地复演了波浪在近岸区域所发生的浅水变形、折射、破碎,以及堤前反射、堤内绕射等物理现象,波高沿断面的定量分布与试验结果吻合良好,同时较好地模拟了不同波况下防波堤附近水域的波生流场,说明该模型适用于复杂岸线和地形条件下波浪传播变形的数值模拟。

基于SWASH模型的珊瑚岛礁波生环流模拟研究

珊瑚礁地形是热带和亚热带近岸浅海地区的显著特征之一。不同于以往常见的近岸缓变地形的水动力环境,岛礁附近水深剧烈变化且存在潟湖和裂口等,导致礁坪上产生显著的波浪增水、波生流现象。采用非静压模型SWASH模拟研究了不同外海波高、周期和礁坪淹没水深对礁坪波高和波浪增水的影响。结果表明波浪通常在礁缘处发生破碎,波高在礁坪上沿程减小,礁坪上的波浪增水随入射波高、周期增大而增大,随礁坪的淹没水深增大而减小。在增水正压力和辐射应力的驱动下在礁坪上形成向岸流、在裂口中形成离岸出流,产生外海-礁坪-潟湖-裂口的水平环流系统。岛礁环流随外海入射波高的增大而增大,礁坪上流速随周期增大而增大,其他区域随礁坪淹没水深和周期变化不明显。

筑堤影响下岛礁三维波浪传播变形规律SWASH数值模拟研究

为了探究筑堤对岛礁系统内波浪传播变形的影响,利用非静压波浪模型SWASH对三维岛礁模型试验数据进行验证对比,继而在岛礁上方不同位置建立不同长度的防波堤进行波流模拟。结果表明:礁坪特征断面内的波高随筑堤无明显变化,增减水则随筑堤变化明显,堤长越长、堤距越大,堤前增水越大,增水范围越广;裂口特征断面内的波高和增减水随筑堤均有明显变化,堤长越长、堤距越小,断面内波高越小,增减水越稳定。研究成果可为类似礁顶工程建设提供参考。

Dynamic Characteristics of Lubrication and Wear Prediction of Slipper/Swash-Plate in Axial Piston Pumps

A novel dynamic model describing the slipper posture of the swash plate in axial piston pumps is proposed, taking into account the hydrodynamic and squeezing effects, which involves three degrees of freedom. The variation in the lubricating film thickness and the slipper tilt are accurately calculated. The influence of hydrodynamic effects and charging pressure on the slipper lubrication is discussed. The minimum film thickness, the overturning angle and the azimuth angle are obtained.Then, the trajectory of minimum thickness on the friction surface of the swash plate is predicted, the accuracy of which can be verified with the abrasion distribution of an actual swash plate. Research results can predict the durability and provide theoretical help for the design of the slipper.

Qualitative Description of Swashing Motion States on Mild Beach Slope

The swashing motion on mild beach slope is dominated by the motion of low frequency waves (LFWs). Companying such a motion, there are two types of swashing motion states, occurrence or no occurrence of LFW’s collision. The present study distinguishes the two states qualitatively by relating it to the number of generated LFWs for the case of two incident wave groups. A simplified swashing index is established theoretically for this purpose. A series of related experiments were performed to observe the generated out-going LFWs on different mild slope from 1:20 to 1:160 and to determine the critical value of the swashing index. Numerical simulations based on higher order Boussinesq equations are also performed to help the recognition of the LFWs generated in the experiment.

近岸波浪模型MIKE21BW与SWASH的比较

波浪是滨海电厂等电力工程中需要考虑的主要水动力要素之一,为了实现近岸波要素的准确计算,目前多采用数值模拟的方式,在近岸,特别是工程区附近的波浪模拟中,多采用时域解析的波浪模型(以下简称时域波浪模型)来进行计算。本文选取了两个具有代表性的近岸时域波浪模型,分别是基于Boussinesq方程的MIKE21BW模型和基于非静压浅水方程的SWASH模型,对两个模型的理论基础、计算流程、计算效率、后处理等方面进行了简单的介绍和对比,以期为工程中模型的应用和选择提供参考。

Numerical investigation of swash zone hydrodynamics

This paper presents a novel numerical model using a fully three-dimensional(3D),incompressible,two-phase flow NavierStokes(NS)solver,which are discretized by the finite volume method.A high-resolution STACS-VOF method is used to capture the interface between the air and water phases.The validity of the simulation following this model is examined through3D shear flow and collapsing cylinder of water.Then,this proposed model is adopted to simulate the dynamics of flow involved with surge bore propagating over a slope in the swash zone.The computed uprush shoreline motion and the tip of runup water surface agreed well with experimental data,which indicates that this model can describe the aerated flow accurately.Numerical analyses are also applied to the spatial and temporal distributions of free-surface,instantaneous flow field,and maximal bed shear stress in the bore collapse,uprush and backwash processes.The results from the analyses reveal that the flow dynamics is complicated after the bore breaks,and the proposed model can well capture the structure characteristics of sheet flow,which are better than the previous results.All these findings are of help to understand the pattern of sediment transport and coastal evolution in the swash zone.

Multi-objective optimization of surface texture for the slipper/swash plate interface in EHA pumps

Well-designed surface textures can improve the tribological properties and the efficiency of the electro-hydrostatic actuator(EHA)pump under high-speed and high-pressure conditions.This study proposes a multi-objective optimization model to obtain the arbitrarily surface textures design of the slipper/swash plate interface for improving the mechanical and volumetric efficiency of the EHA pump.The model is composed of the lubrication film model,the component dynamic model considering the spinning motion,and the multi-objective optimization model.In this way,the arbitrary-shaped surface texture with the best comprehensive effect in the EHA pump is achieved and its positive effects in the EHA pump prototype are verified.Experimental results show a reduction in wear and an improvement in mechanical and volumetric efficiency by 1.4%and 0.8%,respectively,with the textured swash plate compared with the untextured one.

斜盘式轴向柱塞泵空化特性分析

针对斜盘式轴向柱塞泵的空化现象,建立了斜盘式轴向柱塞泵全流域模型,采用计算流体力学方法研究了全流域空化特性分布,分析了排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角等工况参数对全流域空化特性的影响规律。研究表明:空化主要发生在吸油区的吸油口、配流盘和柱塞腔区域,空化随气相体积分数增大而加重;排油口负载压力由10 MPa增至30 MPa,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.28%增至6.68%、5.91%增至7.13%、10.03%增至11.23%;缸体转速由2 200 r/min增至3 000 r/min,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.39%增至6.41%、6.26%增至10.54%、7.13%增至10.16%;斜盘倾角由3.64°增至5.64°,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.34%增至6.41%、14.7%降低至13.9%、10.16%增至11.66%。斜盘式轴向柱塞泵在实际设计中,排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角的取值在合理范围内越低越好,斜盘倾角取值存在最优区间。

斜盘偏距与交错角对飞机液压柱塞泵运动特性影响分析

飞机上常用的直轴式恒压变量液压柱塞泵,出于降低脉动以及改善高频运动时的稳定性需要,斜盘通常设计有偏心距和交错角。针对存在斜盘偏距和交错角的液压柱塞泵,提出了一种能够综合考虑斜盘偏距、交错角、斜盘倾角及斜盘转动速度的柱塞和滑靴运动特性分析方法。以某型航空液压柱塞泵为对象,对比分析了不同偏心距和交错角情况下柱塞的位移、速度特性,以及滑靴在斜盘平面的运动轨迹。按照液压泵配流盘闭死区设计通用准则确定了配流盘闭死区,对柱塞在闭死区内的运动特性进行了分析,结果表明闭死区内柱塞的运动特性深刻影响液压柱塞泵的输出流量和压力脉动。提出的分析方法能够描述斜盘转动(流量切换)过程中的运动动态特性,具有计算效率高、结果准确度高等特点,可用于液压柱塞泵以降低脉动为目标的设计优化。

基于拉格朗日方程的航空柱塞泵动力学分析

提出了一种基于拉格朗日方程的恒压变量航空柱塞泵主轴和斜盘耳轴驱动力矩分析方法。针对柱塞泵主轴和斜盘耳轴旋转2个运动自由度,不考虑柱塞/转子、柱塞/滑靴、滑靴/斜盘、转子/主轴4对刚体约束副之间的约束力,建立了斜盘和主轴的动力学分析方程组。航空柱塞泵通常设计为具有斜盘偏心距和交错角的特殊结构。在运动学特性分析基础上,对主轴和斜盘耳轴驱动转矩进行了计算,并分析了斜盘交错角和偏心距对斜盘驱动力矩的影响。最后,通过对比理论方法和试验结果,证明了所提方法的准确性和有效性。与传统力学分析的解析方法及基于仿真模型的仿真方法相比,拉格朗日方法快捷、高效、结果准确,可用于航空柱塞泵的脉动、振动、寿命分析以及故障诊断和质量状态评估。

海滩冲流带水沙运动综述

简述了冲流带水沙运动的基本特征,综述了入渗或出渗、段波紊动、泥沙平流、沉降或冲刷延后以及沿岸流、波浪-冲流相互作用和波群作用对冲流带水沙运动影响的最新研究进展;介绍了冲流带水沙运动物理实验的实现方式以及物理实验中冲流带泥沙运动观测技术的最新进展,论述了用于冲流带水沙运动研究的2类数学模型,并讨论了各自的优缺点。最后,探讨了现有研究成果和研究方法的局限性,并给出了未来的研究展望。

卧式多层热压机变量泵功能特性和液压系统性能

根据年产10万m^(3)胶合板卧式多层热压机结构、工作原理和热压工艺要求,采用型号VPCLRDU2斜盘式轴向变量柱塞泵作为动力和控制元件,快速油缸与加压油缸采用伸缩式二级油缸结构形式作为执行元件,构建了其双变量泵液压系统。以该液压系统为研究对象,根据VPCLRDU2工作原理建立其仿真模型,设计台架试验,为分析VPCLRDU2效率和控制功能特性,验证其所建仿真模型的准确性奠定了基础;通过VPCLRDU2效率和电液比例、恒功率、恒压控制功能特性研究分析,证明了其具有容积效率、总效率和功能集成化程度高的特性;VPCLRDU2仿真模型与台架试验对比分析结果趋于一致,验证了其所建仿真模型准确、可靠;根据双变量泵液压系统工作原理,建立其液压系统仿真模型,对于不同板坯参数、热压工艺要求,其仿真模型结果验证了该系统能够实现对快速油缸速度、位移和加压油缸压力的控制,满足了胶合板卧式压机热压工艺要求,具有能耗低、稳定性高的特性。

对置端曲面齿轮柱塞泵动态特性仿真研究

为了研究对置端曲面齿轮柱塞泵参数对泵动态特性的影响,根据端曲面齿轮柱塞泵工作原理,推导柱塞运动方程。利用Adams与AMESim软件建立对置端曲面齿轮柱塞泵联合仿真模型,通过联合仿真得到不同转速与偏心率下的柱塞泵出口流量与压力的相应曲线。结果表明:转速增大,泵出口流量与压力增大,脉动幅值与脉动频率增大;偏心率增加,泵出口流量与压力增大,脉动幅值增大,脉动频率不变。

典型地形条件下的滨海工程波浪及波生流计算研究

波浪是滨海工程中需要考虑的主要水动力要素之一,直接影响滨海电厂防洪设计及码头等涉水工程的设计、运行。为研究波浪在典型近岸地形下的传播变化特点及波生流特性,选取具有代表性的近岸时域波浪模型,即基于非静压浅水方程的近岸波浪模拟(simulating waves till shore,SWASH)模型,对波浪在几种复杂近岸地形下的传播变形进行数值模拟计算,研究波浪在不同地形下的变化特点,可为分析研究滨海工程在类似地形条件下的波浪变化规律提供参考;同时探讨不同地形条件下波生流的基本特性,发现不同地形条件下产生不同形态的波生环流,可为进一步研究滨海工程区域的近岸地貌变迁、泥沙输运等提供依据。

基于达朗贝尔原理的航空柱塞泵刚体系动力学分析方法

针对典型航空柱塞泵结构形式,提出了一种基于达朗贝尔原理的刚体动力学分析方法。分别针对柱塞泵滑靴、柱塞、斜盘、转子、主轴、配流盘6个刚体对象,考虑柱塞/转子、柱塞/滑靴、滑靴/斜盘、转子/主轴、转子/配流盘、斜盘耳轴/安装座6对约束副之间的约束力,建立了完整的柱塞泵运动部件动力学分析方程组。与基于拉格朗日方法的动力学分析方法相比,建立的方程组能够通过一个计算流程,对包含约束力在内的泵运动刚体所有力学特性进行分析。最后,以某11柱塞航空液压柱塞泵为对象,基于计算工具,解算得到了包含166个动力学相关变量的数值解,证明了提出方法的有效性。

双向旋转斜盘压缩机润滑油循环性能工程试验研究

为了解决双向旋转斜盘式活塞压缩机在汽车空调温控系统中因润滑油充注量不当而导致的制冷效率降低和潜在故障问题,对润滑油充注策略进行优化,以提高系统运行的效率和稳定性。分析了润滑油充注量不足或过量可能导致的各种问题,探究了在不同压缩机转速条件下,不同润滑油充注量对制冷性能的具体影响。通过对比试验发现,当润滑油充注量被精确控制在390±20~535±20 mL的范围内,空调系统能够在变化的工作状态下保持最优性能,并显著降低由润滑油不足带来的风险;最佳的润滑油与制冷剂的配比约为12%,并提出了一系列技术措施,这些措施旨在提高斜盘式活塞压缩机的可靠性,为斜盘式活塞压缩机在广泛的工程应用中的润滑策略提供了理论依据和实践指导。