池壁效应对水平轴潮流涡轮水动力性能影响分析

为了分析池壁效应对水平轴潮流涡轮水动力性能的影响,本文采用数值仿真与模型试验的方式测试直径300 mm潮流涡轮的水动力性能,并对数值仿真方法进行验证;采用Bahaj修正方法与数值仿真方法对不同流域、流速下涡轮的能量转换效率以及阻力系数进行对比,进一步分析池壁效应对涡轮桨盘处以及尾流区域流场的影响。研究结果表明:池壁效应对水平轴潮流涡轮的水动力性能影响明显,其对能量转换效率影响伴随尖速比的增加逐渐增大;池壁效应对潮流涡轮桨盘处的轴向流速以及流场分布影响较小,但对潮流涡轮尾流区轴向速度恢复影响明显。研究结果可为水平轴潮流涡轮水动力性能的数值仿真研究与试验提供相关数据以及参考。

移动脉动源的传播特性在池壁效应判别中的应用研究（英文）

受水池宽度的限制,波浪中航行的船模可能受到池壁效应的干扰,这种干扰作用的实质是船体的辐射—绕射波经池壁反射后作用于船模的结果。文章以点源为研究对象,采用等相分析法获得了Bessho型移动脉动源格林函数的远场传播波系。分析表明:移动脉动源的传播波模态与斯特劳哈尔数τ的大小密切相关,当τ<0.25时远场波系中包含环形波、内侧楔形波及外侧楔形波三个模态;当τ>0.25时远场波系中包含环形—扇形波、扇形波及内侧楔形波三个模态。进一步分析可知,当τ<0.272时,环形波或环形-扇形波将出现在船模前方,此时的池壁效应不可避免;当τ>0.272且船艏点源兴波的半楔角大于几何临界半楔角时,此时将存在池壁效应的干扰。文中在单船试验池壁效应判别分析的基础上,计及船模辐射—绕射波的池壁反射作用对自身和另一船模的干扰,依据船型要素、两船相对位置和池壁几何参数,提出了采用四个几何临界半楔角的最小值判别波浪中并行航行两船模池壁效应的数值方法。

水平轴潮流涡轮池壁效应修正方法分析

通过数值仿真与模型试验的方式分析池壁效应对水平轴潮流涡轮水动力性能的影响。通过总结公开发表文献中池壁效应修正方法,获取不同流域以及来流流速下5种池壁效应的修正结果,并与无限流域下水平轴潮流涡轮的能量转换效率以及阻力系数进行对比,进而获得可准确预估无限流域下水平轴潮流涡轮水动力性能的池壁效应修正方法。结果表明:池壁效应会对潮流涡轮的水动力性能产生较为明显的影响,受限流域下潮流涡轮能量转换效率以及阻力系数高于无限流域下的结果,且池壁效应对潮流涡轮的能量转换效率的影响伴随尖速比的增加呈逐渐增大的趋势。受阻塞因子与尖速比的影响,不同池壁效应修正方法的预估精度不同;其中,Pope-Harper以及Bahaj这2种池壁效应修正结果在不同来流流速、阻塞因子以及尖速比下与无限流域下潮流涡轮的水动力性能吻合良好。

波浪中航行两船模池壁干扰效应的数值研究（英文）

对规则波中顶浪并行航行的两船模,基于频域移动脉动源格林函数建立了有效表达池壁效应的三维数学模型,该模型采用分布源积分方法求解近距航行两船模的波浪作用力和运动响应,并利用镜像原理将水池格林函数表示为开阔水域的格林函数和由镜像点源组成的无穷级数。分析移动脉动源格林函数的远场传播模态及其特性可知,当τ>0.272(τ为斯特劳哈尔数)时各传播波模态均不在点源的上游出现,故此时点源波系的影响范围可由环形—扇形波的半楔角确定,在此基础上计及船模辐射—绕射波的池壁反射作用对自身和另一船模的干扰,依据船型要素、水池宽度和两船相对位置,采用六个几何临界半楔角表征船体的辐射—绕射波,提出了并行航行两船模的池壁效应判别方法。数值研究表明:不同镜像次数下水池格林函数的数值差异主要体现在距船艏较远处,在兼顾计算精度与效率的原则下可选取有限项级数的水池格林函数作为积分内核,而池壁效应对近距航行两船运动响应的影响主要体现在长波区。

有限水深Kelvin源格林函数的传播特性及其应用

为探究有限水深环境下自由面兴波在远场的传播特性,应用线性水动力学的基本理论,从有限水深Kelvin源格林函数的积分表达式中提取相函数,采用同相分析法求得亚临界和超临界速度区下远场传播波系的等相线。结果表明,水深傅汝德数Fh<1时远场传播波包括横波和散波两个波系,F_h>1时远场波系仅由散波构成,点源兴波的影响范围可由Kelvin角的大小确定,当F_h趋近于1时Kelvin角迅速增大至90°。依据船型要素、两船相对位置和池壁几何参数,并计及船模的定常兴波经池壁反射作用后对自身和另一船模的干扰,提出了有限水深条件下并行航行两船模池壁效应的判别方法,并结合实例检查分析了某试验工况下的池壁效应。

基于CFD的潜艇模型水池试验方法研究

潜艇水池试验与深广水域航行区别很大,采用计算流体力学(CFD)方法研究试验连接装置及试验水池尺度对潜艇试验的影响。首先对深广水域的潜艇进行计算,以此来校核CFD算法;然后对潜艇试验实况进行建模计算,根据计算结果来分析模型连接件、池壁和池底效应等对于潜艇受力测试的影响;最后结合实际试验和仿真计算结果,分析并证明试验装置的可行性。

移动压力面诱导的固壁冰航道内弯曲重力波传播特性研究

在冬季冻结的内河航道以及冰水池模型试验等限制航道场景下,弯曲重力波和冰相互作用过程中由于冰板与冰池固壁面之间的边界条件,池壁效应的影响通常较大,不可忽视.基于此,针对移动压力面在固壁冰航道匀速运动引起的冰板稳态响应问题,建立数学模型,并采用分离变量法、正交模态法和傅里叶变换推导了该模型的解析解,得到冰板变形响应的积分表达式,通过数值计算对该问题进行数值求解.在验证积分表达式的收敛性的基础上,基于弯曲重力波在固壁冰航道内传播的临界速度,分析移动压力面在不同速度区间下运动引起的弯曲重力波特点,研究压力面相对航道壁面位置对弯曲重力波的影响,讨论航道水深和冰厚参数对移动压力面破冰能力的影响,总结压力面运动速度、压力面与航道壁面的位置关系、冰厚及水深变化对冰板变形和应变的影响规律,以期为开展冰水池模型试验和内河破冰提供一些参考.