丘陵沟壑区域大场域空间流场模型边界效应和建模方法:以山西运城工作区为例

基于计算流体力学相关理论,实现丘陵沟壑区域大场域空间内塔线高度层气流场的精准模拟是研究风载荷下高压输电线路风振响应及力学特性,实现塔-线偶联结构体优化设计的关键。但由于缺乏针对边界效应的系统研究,致使流场仿真结果不精准或模型边界过度冗余而难以求解。为了解决这个难题,基于数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据对某典型地域建模,通过流场仿真和边界效应分析,系统讨论了复杂地形下特定高度层流场仿真中建模方法和边界效应的影响。结果表明:计算域高度达到地形高差7倍以上时其边界效应影响基本消失;壁面边界约束导致的流场畸变随冗余距离增加而减小,选择700 m的冗余距离可获得更稳定的风场。相关结论明确了计算域对于流场的影响以及流体模型边界效应的消除方法,对高压输电线路结构稳定性和抗风能力提升具有参考价值。

基于耦合方法的干式空心阻尼电抗器温度场计算

建立了空心阻尼电抗器磁场-电路-流场-温度场的耦合计算模型,该模型首先通过磁场-电路耦合计算得到磁场、电感和电流,然后将磁场-电路耦合计算得到的焦耳热作为流场-温度场耦合计算的热源,得到空心阻尼电抗器的气流场和温度场分布.以一种空心阻尼电抗器为例,给出了耦合计算得到的温度场分布,并将温度计算值与实测值作了比较,比较结果表明,该方法具有较高的计算准确度.在空心阻尼电抗器设计中应用上述方法,不需要事先指定对流换热系数,在产品开发阶段即可完成热性能分析,从而降低试验成本,缩短设计周期.

水下上弧形板结构的水动力特性研究

文章应用边界单元法,依据波浪绕射和辐射理论研究了一种新型的板式防波堤结构—上弧形板结构。研究中通过与另外三种板式防波堤结构(下弧形板结构,单板结构,双层板结构)的对比,验证了这一新型结构具有更好的消波效果。文中重点分析了这种新型结构的散射波浪力、透射系数和反射系数,并且为了进一步揭示这种结构的消波原理,对该结构周围的流场进了分析。研究发现:(1)上弧形板结构在横荡方向上所受波浪力最小。(2)当潜深波高比为0.05时,该结构的消波效果比其他三种结构增强约50%。(3)通过对上弧形板结构的速度流场分析,发现上弧形板结构上部有明显回流。

不同分层流体中内波对潜体作用力的比较

利用边界元方法计算内波对潜体的一阶垂荡波浪力和一阶纵摇波浪力矩.针对两层流体和线性分层流体模式,计算分析了细长回转体受到内波的波浪荷载,得到了相应的经验公式,并与均匀流体的情况进行了比较.结果表明:在某些频率段上,两层流体中实际内波对潜体的波浪作用力要远大于均匀流体中近水表面波对其的影响;线性分层流体中考虑流体密度的分层效应对水下潜体运动姿态的影响是很重要的.

基于FFD技术的民用运输机翼尖装置设计研究

首先探究了融合式翼梢小翼倾斜角、高度以及安装角对民用运输机气动特性的影响。然后基于多区域自由变形(FFD,free form deformation)技术、拉丁超立方取样方法(LHS,latin hypercube sampling)、Kriging代理模型以及改进的粒子群算法构建优化设计系统,对融合式翼梢小翼应用优化系统,通过对FFD控制体框架的合理布置,实现了多个控制框架对融合式翼梢小翼的自由变形参数化设计。优化设计结果表明,设计后的融合式翼梢小翼较原始构型减阻效果有明显改善。并通过与"翼尖延伸"、"涡扩散器"和"双叉弯刀"等3种翼尖装置进行调参对比分析,得出一些对翼尖装置设计具有参考价值的结论。

孔口汇流分层流的样条边界元法

用样条边界元法解决分层流孔口汇流问题，克服了边界元刚度矩阵满阵和非对称的缺陷，即用稀疏的对称矩阵求解分层流有限孔口及点汇的流场及临界条件问题。

基于势流理论的内孤立波与立管作用数值研究

内孤立波是一种发生在水面以下的在世界各个海域广泛存在的大幅波浪,其剧烈的波面起伏所携带的巨大能量对以海洋立管为代表的海洋结构物产生严重威胁,分析其传播演化过程的流场特征及立管在内孤立波作用下的动力响应规律对于海洋立管的设计具有重要意义.本文基于分层流体的非线性势流理论,采用高效率的多域边界单元法,建立了内孤立波流场分析计算的数值模型,可以实时获得内孤立波的流场特征.根据获得的流场信息,采用莫里森方程计算内孤立波对海洋立管作用的载荷分布.将内孤立波流场非线性势流计算模型与动力学有限元模型结合来求解内孤立波作用下海洋立管的动力响应特征,讨论了内孤立波参数、顶张力大小以及内部流体密度对立管动力响应的影响.发现随着内孤立波波幅的增大,海洋立管的流向位移和应力明显增大.由于上层流体速度明显大于下层,且在所研究问题中拖曳力远大于惯性力,因此管道顺流向的最大位移发生在上层区域.顶张力通过改变几何刚度阵的值进而对立管的响应产生明显影响.对于弱约束立管,内部流体的密度对管道的流向位移影响较小.

THE WAVE-MAKING CHARACTERISTICS OF A MOVING BODY IN A TWO-LAYER FLUID

The Wave-making characteristics of a moving body in a two-layer fluid with free surface is investigated numerically and experimentally. The numerical analysis is based on the modified layered boundary integral equation system. The wave characteristics on the free surface and interface generated by a moving sphere and an ellipsoid is numerically simulated in both finite depth and infinite depth of lower layer model. The numerical results of the sphere are compared with the analytical results for a dipole with the same velocity in a two-layer fluid of finite depth. The dependence of the wave systems and structures on the characteristic quantities is discussed. Three kinds of measurement techniques are used in model experiments on the internal waves generated by a sphere advancing in a two-layer fluid. The effects of the varying velocity and stratification on the wavelength, wave amplitudes and the maximum half angles of internal waves are analyzed qualitatively.

潜艇尾流场中螺旋桨非自由声场的预报

为在频域内分析潜艇艇体声散射效应对尾流场中螺旋桨声场的影响,以小比例潜艇和大侧斜螺旋桨为对象,首先基于计算流体力学(CFD)方法模拟了“艇+桨”的推进特性,得到了螺旋桨壁面的脉动压力,然后考虑艇体的散射效应,计算分析了螺旋桨的声场特性.结果表明:当以“艇+桨”系统为对象真实模拟螺旋桨的工作条件时,由于潜艇尾部十字舵的存在,因此螺旋桨前方不均匀轴向进流出现四个低速区,导致轴向测点处单个桨叶自由场噪声在4倍轴频及其谐频处有线谱出现;螺旋桨的散射声场与入射声场存在较大差异,并且艇体散射对径向测点螺旋桨噪声的影响要高于轴向测点.