应用细长体理论计算船型对斜航水动力的影响

本文应用细长体理论提供一个计及线型要素的船舶斜航时横向力和首摇力矩的计算方法。此方法原由不破提出,但本文对计算模型作了修改,即将分离涡布置在船体中心线上,使模型得到简化;同时还考虑了速度势的远场解,并将其计入水动力的修正中,使横向力和首摇力矩同时与试验相吻合,该方法在较广的船型范围内计算值与试验相吻合,适用于一般的民用船型(包括 C_B 在0.8以上的超肥大船型)。

基于细长体理论的超空泡外形估算

在工程应用中,寻找一种快速简单而行之有效的方法,来对空泡数和空泡外形之间的关系进行描述是非常重要的。文中在势流假设基础上,采用细长体理论和摄动理论简化求解其基本方程,详细推导了空泡外形与空泡数及空化器特征参数之间的近似表达式,并给出了算例。算例表明,在小空泡数下文中的计算结果与 Waid 和 Reichardt 经验公式计算结果吻合良好。文中同时给出了在不同空化数下应用近似表达式产生的相对误差。

高速细长体理论在双体船运动计算中的应用

给出一种基于高速细长体理论的预报排水型双体船在波浪上运动性能的数值方法。在高速细长体理论的定解条件中,自由面条件是三维的,而控制方程和物面条件则是二维的,所以高速细长体理论常被称为二维半理论。采用时域自由面Green函数将定解问题转化为物面上的积分方程,进而求解水动力系数和船舶运动方程。对NPL系列双体船型的运动性能作了理论预报,并与实验结果和用切片法的理论预报结果作了比较。比较结果表明,高速细长体理论的预报结果与试验结果相当接近,而切片理论运用于双体船时,由于受到纯二维假定的限制,在某些离散频率出现水动力干扰现象,导致运动预报偏离试验结果。

计算斜航船流场和水动力的细长体理论数值方法

本文考查了细长体理论数值方法中的数学问题，指出了用在其他论文中的一个有疑问的公式．椭圆的理论解被用来修正船首部因细长假设无效而导致的力的偏差，其中椭圆几何参数根据首部形状和体积求偶．为考虑尾部泄出的涡片，讨论了离散涡模拟和虚拟物体模拟，离散涡模拟看来在尾流可视化方面更合理．几条船计算的力分布及尾流场和试验结果吻合良好。

跨音速细长体理论及其在减阻问题中的应用

本文通过细长体理论及跨音速面积律，计算了小攻角下三维跨音速流中物体的气动力，并对类似导弹物体的外形作了设计，达到了减小激波阻力的目的。

细长体后部非定常超空泡研究

采用积分方程方法,研究了轴对称细长体后部非定常超空泡问题。应用时间有限差分离散化方法,对积分方程进行了求解。以细长锥体空化器为例,文中分别给出了当锥角和空化数改变(简称扰动)时,空泡长度和形状的变化规律。当流场周期扰动时,分析计算了超空泡的尺度变化。分别采用本文方法和理论公式,对空泡长度与空化数的关系曲线进行了对比。数值结果表明,扰动周期越短,空泡长度的变化越小;在相同的扰动频率下,空泡越长,时间滞后越长;空泡长度相同时,扰动频率越高,时间滞后越长。在高频脉冲扰动下,有脉冲波形沿着空泡表面传播,其传播速度为来流速度。在周期小扰动情况下,扰动波形沿着空泡表面传播,传播速度也是来流速度。本文得到的数值结果为水下航行体空化器的分析和设计提供参考作用。

流体床内细长颗粒的浓度分布(英文)

In this study, a three-dimensional model based on RANS, slender-body theory and Newton-Euler dynamics is established to study the number concentration, one of the most important fluidization characteristics of cylindrical particles. Also, the effects of interaction between cylindrical particles are taken into account by introducing the rigid collision dynamics. To validate the model, the fluidization experiments of cylindrical particles in a cold-state fluidized bed are carried out. The number concentration characteristics of cylindrical particles are obtained from computational fluid dynamics (CFD) simulation. It is found that cylindrical particles arriving at the exit of the riser the earliest come from the near-wall regions, the horizontal transfer of so many cylindrical particles from the radial centre regions to the near-wall regions is evident. Meanwhile, there is no distinct relationship between the number concentration and inlet wind velocity.

水下亚声速细长锥型射弹超空泡形态的计算方法

采用理想可压缩流体无旋定常流动以及超空泡尾部Riabushinsky闭合方式假定,基于细长体理论和匹配渐近展开法,建立了描述水下亚声速条件下细长锥型射弹超空泡流动的积分微分方程。求解得到了考虑压缩性影响的超空泡形态1阶和2阶近似解,改进了超空泡形态的计算精度。分析了射弹高速冲击条件下流体压缩性对超空泡形态的影响,随着马赫数的增加,超空泡形态将发生更加显著的膨胀变化。计算得到的超空泡特征参数与相关文献的理论和实验结果吻合良好。

三体船操纵性计算与特性分析

根据操纵性运动线性方程与一阶KT响应方程对某三体船型操纵性运动进行预报。方程中的船体加速度类水动力导数采用Hess-Smith法计算,船体速度类水动力导数采用细长体理论并结合经验公式和图谱进行计算,舵导数采用短翼理论并结合经验公式和图谱进行计算。最后,根据理论计算结果对侧体位于不同纵向位置的三体船和单体船的操纵性规律、特性以及特征参数进行了分析、对比。计算结果表明,该计算方法具有良好的应用前景。

锥体空化器非定常超空泡形态分析

采用积分方程方法及有限差分解法,研究了锥体外部非定常超空泡问题,分析计算了超空泡的形状和长度。以锥体空化器为例,分别给出了锥角和空化数改变时,空泡长度和形状的变化规律,可以看到:空泡的变化具有延迟性和波动性。

超空泡航行体水下弹道的数值计算

超空泡状态下的航行体水下弹道的研究涉及固、液、气(汽)三相介质的运动。本文应用细长体理论计算航行体在超空泡状态下的流体动力,成功模拟了超空泡状态下的航行体水下弹道。

水下超声速细长锥型射弹超空泡形态的计算方法

采用理想可压缩流体无旋定常流动以及超空泡尾部Riabushinsky闭合方式假定,基于细长体理论和匹配渐近展开法,建立了描述水下超声速条件下细长锥型射弹超空泡流动的积分微分方程。求解得到了考虑压缩性影响的超空泡形态二阶近似解,改进了超空泡形态的计算精度。分析了超声速射弹高速冲击条件下流体压缩性对超空泡形态的影响。流体压缩性导致超空泡形态前后稍微不对称,前端比尾端截面更窄。当1<(Ma)∞<槡2时,流体压缩性效应对超空泡的影响与亚声速情况类似,使超空泡形态发生整体膨胀变化。当(Ma)∞=槡2时,流体压缩性对超空泡形态无影响。直到(Ma)∞>槡2以后,流体压缩性使超空泡形态发生反向改变,呈现整体收缩变化。

基于兴波阻力的三体船片体位置快速优化方法

三体船片体位置优化的工作量很大,不仅要考虑片体间的横向距离,也要考虑片体间纵向距离。为快速优化三体船的片体位置,基于Noblesse细长体理论,按照一阶Kochin函数的表达式,在指数函数展开分离变量方法的基础上,本文推导了三体船兴波阻力的计算公式,并根据这些公式实现了三体船兴波阻力的快速计算。数值计算与模型试验相吻合。数值计算结果和模型试验结果均显示,三体船的片体位置对兴波阻力有很大影响。

水下亚声速细长锥型射弹超空泡流的数值计算方法

采用理想可压缩流体无旋定常流动及超空泡尾部Riabushinsky闭合方式假定,基于水动力学势流理论及细长体理论,建立了描述水下亚声速条件下细长锥型射弹超空泡流动的积分微分方程。发展了求解该方程的数值离散方法,提出多种超空泡外形初始解,分析了它们对超空泡形态计算结果的影响,优化了计算过程,简化了初始迭代条件。分析了流体压缩性对超空泡流动参数的影响,当马赫数大于0.3时,超空泡外形、射弹表面压力系数及射弹运动压差阻力系数均明显增大。计算得到的超空泡流动参数与相关文献的理论和实验结果吻合良好。

三体船模型的阻力试验和数值预报

在三体船兴波阻力数值计算的基础上,进行了三类试验。一是在给定片体纵向和横向间距条件下测试了不同船速的剩余阻力,二是在给定船速和片体横向间距条件下测试了不同纵向间距的剩余阻力,三是在给定船速和片体纵向间距条件下测试了不同横向间距的剩余阻力。试验结果显示,片体间的纵向和横向间距能在很大程度上改变三体船的剩余阻力,说明采用Noblesse新细长体理预报三体船的阻力和优化三体船的片体布局是可行的。

非圆截面形状弹体法向气动力估算方法

文中引入附加质量、附加表面积的概念 ,提出基于细长体理论的非圆截面 (矩形、正方形、三角形等 )弹体法向气动力工程估算方法 ,并对此方法进行了验证。计算结果和风洞试验值比较 ,法向力系数计算误差在 1 0 %以内 ,说明本方法可以在工程初步估算时应用。

三体船操纵特性计算机数值仿真

以三体船水动力型和K、T响应型(线性和弱非线性)操纵性运动方程为理论基础,以三体船重心运动轨迹微分方程组为数值仿真基础,采用仿真计算工具Matlab软件,对三体船回转运动轨迹、操纵性曲线以及Z型操纵试验曲线等操纵运动特性诸元进行了仿真计算。通过和单体船的对比分析,所得出的计算结果比较合理,计算结果显示三体船较单体船定常回转特性有所下降,而直线稳定性有所加强,跟从性和转首性有所提高。

细长锥型射弹不可压缩超空泡流的数值计算方法

假定理想不可压缩流体呈无旋定常流动、超空泡尾部Riabushinsky为闭合方式,基于水动力学势流理论及细长体理论,建立了描述水下细长锥型射弹超空泡流动的积分微分方程。该方法发展了求解该类方程的数值离散方法,提出了多种超空泡外形初值解,分析了它们对超空泡形态计算结果的影响,优化了计算过程,简化了初始迭代条件。计算得到的超空泡流动参数与相关文献的理论和实验结果吻合良好。

三体船粘压阻力预报方法

三体船快速性的研究是三体船新船型开发技术的支撑。通过模型试验与数值模拟相结合的方法,对不同航速下三体船的粘压阻力进行计算。试验研究采用将三体船侧体分别放置在船中、船前部和船后部3个不同的纵向位置以及距船中心线3个距离不同的横向位置,测量9个侧体位置下三体船在静水中的总阻力。运用第八届ITTC公式计算摩擦阻力系数,进而算出剩余阻力系数。通过数值模拟的方法,基于细长体理论对三体船兴波阻力系数进行计算,再根据三因次换算方法计算粘压阻力系数。得出不同构型下三体船在静水中的粘压阻力系数,并作出其随Fr数变化的曲线,观察在侧体位置不同的情况下,三体船的粘压阻力系数随航速变化的规律。根据所得粘压阻力系数曲线,提出初步预报三体船粘压阻力系数的一种简单方法。

双体船阻力性能计算及船型设计优化

研究了基于船体阻力性能优化的双体船数字化设计方法。优化选取适宜菱形系数Cp和宽度吃水比b/T,运用Maxsurf建立双体船片体模型,并运用Hullspeed细长体理论分析不同片体中心距K/b及长宽比L/b下的双体船阻力,得出兴波阻力及其干扰因子变化规律。分析找出设计船的临界傅汝德数Frc和片体无干扰傅汝德数Fr0,以及对阻力影响减弱的K/b和L/b范围,据此进行双体船船型优化,完成双体船设计。