基于陶粒纤维混凝土的衬砌渠道抗冻胀性能研究

为改善北方寒区预制混凝土衬砌渠道存在衬砌板件自重大、尺寸小、装配效率低等问题,探讨将陶粒纤维混凝土用于衬砌渠道。基于正交试验法开展9组陶粒纤维混凝土和1组C35普通混凝土冻融前后力学性能试验,并结合冻胀数值模拟分析衬砌渠道抗冻胀性能变化。结果表明:陶粒纤维混凝土抗压强度因素影响次序为页岩陶粒体积取代率>聚丙烯纤维(PP)掺量>陶粒预湿时间,抗拉强度因素影响次序为PP掺量>页岩陶粒体积取代率>陶粒预湿时间,冻融后陶粒纤维混凝土抗压、抗拉强度损失率低于普通混凝土;衬砌渠道数值模拟的抗冻胀性能变化与材料性能变化趋势一致,陶粒纤维混凝土衬砌渠道抗冻胀性能损失小于普通混凝土衬砌渠道,最优抗冻胀性能损失减小4.68%,同时衬砌板重量减小18.47%;陶粒纤维混凝土作为渠道衬砌材料具有明显质轻的装配化优势。

基于CFD的三体船主侧体间流场干扰研究

三体船构型复杂,主侧体间相互干扰影响因素较多。为了研究三体船船体周围流场细节与主侧体间的流场干扰,运用计算流体力学(CFD)软件STAR-CCM+对三体船和主船体进行了不同航速的数值模拟,提取船体周围与主侧体间的流场信息,获得不同速度下的兴波、横截面垂向速度和横截面矢量流线演化。研究三体船与单体船的流场差异特性,分析三体船中侧体对单独主船体流场的扰动,获得了三体船船体兴波与流场流线随航速变化的规律,为三体船的阻力性能和整体布局的优化提供参考。

三体船阻力的数值计算研究

采用商业CFD软件FLUENT模拟了三体船周围的粘性流场,并考虑流体粘性及自由表面影响,数值预报了一艘三体船试验船模的阻力.计算中进行了2种不同侧体布置情况下船体周围流场细节的详细模拟,得到了相应情况下的船体总阻力,确定了合理的侧体位置.在此基础上,改变了侧体与主体横向间距进行了3种布置方案的相应计算,并进行比较,选取了最佳的侧体间距.通过计算结果与实验值进行的对比,验证了计算的可靠性,计算达到了船型优化的目的.

基于CFD的三体船侧体布局阻力研究

三体船构型复杂,主体与侧体间的兴波干扰影响因素较多,很难通过理论方法对其阻力性能进行准确预报。采用软件STAR-CCM+模拟三体船周围粘性流场,对一艘三体船模进行数值计算。计算中进行了侧体、主体以及三体船9种不同侧体布局详细模拟,求出了侧体与主体间的兴波干扰值,得到较佳的布局方案。通过计算结果与模型试验对比分析,验证了计算的可靠性。

适装T型翼的三体船阻力性能研究

为了考察T型翼与船体之间的耦合作用对三体船阻力性能的影响,在三体船中体上选择了3个纵向安装位置、2种水平翼距船底基线高度以及3种水平翼迎流攻角情况、共18个工况进行数值模拟和模型试验,探讨了适装T型翼对三体船阻力性能的影响规律,确定了在三体船上安装T型翼的较佳位置.

网格因素及湍流模型对三体船阻力计算影响分析

网格作为数值模拟和分析的载体,其划分的优劣对三体船数值计算会产生重要影响.为获得三体船较为准确的阻力数值预报结果,利用流体动力学软件STAR-CCM+,根据网格离散特点,分别探究船体表面网格尺寸、第一层网格节点厚度、船体周围加密区域网格尺寸、湍流模型四种因素对三体船阻力计算精度、收敛时间和稳定性的影响,提出排水型三体船整体网格划分的可行性方案.对比计算结果与试验结果表明,该网格划分方案下的阻力计算误差范围在5.86%~8.62%,满足工程需要.

基于STAR-CCM+的小水线面三体船阻力数值仿真

[目的]小水线面三体船因具有良好的耐波性、快速性及稳定性而在民用和军用领域受到青睐,但不同的水下潜体形状及不同侧体位置在不同航速时的阻力变化规律还有待研究。由于开展船模试验所需时间较长、成本较高,难以将全部可能的方案都进行试验,因此利用STAR-CCM+平台对小水线面三体船周围的粘性流场进行数值模拟。[方法]考虑到自由表面效应的影响,首先验证采用STAR-CCM+平台进行阻力数值计算的可行性和可靠性;其次,研究系列傅汝德数下不同侧体位置时,潜体横剖面为圆形的小水线面三体船阻力的变化规律。[结果]结果表明,随着航速的增加,侧体布置于主体后部并向主体靠拢时,小水线面三体船的总阻力较小;在Fr=0.338~0.494范围内,小水线面三体船的总阻力较细长型三体船总阻力的降低最为显著。[结论]研究结果可为同类型船舶的设计提供一定的借鉴和参考作用。

喷水推进三体船推力减额计算及分析

为分析喷水推进船推力减额在不同航速下的变化规律,基于非定常雷诺时均方程及VOF模型求解船舶粘性流场,考虑船模纵倾角及升沉变化,采用体积力的方法代替泵的作用,数值模拟了三体船模喷水推进自航。自航时船模纵倾角及吃水增加,阻力增额恒为正值,动量减额恒为负值。三体船在较低航速时有较大的推力减额,随着航速提高推力减额变为负值。动量减额是高航速时推力减额为负的主要原因。低航速时艉板浸没在水中,喷口在水面以下喷射水流,此时有较大的正阻力增额和较大的负动量减额,喷水推进器流道及喷口的安装使船体几何面积有较大减小导致静压阻力增加,是低速时阻力增额的主要原因。高速时艉板由湿变干,喷口在水面以上喷射水流,阻力增额及动量减额的绝对值减小,船模姿态变化是高速时阻力增额的主要原因。随着航速的提高,出口阻力不断增大,构成了动量减额的主要成分。

高速内倾穿浪无人三体船静水阻力性能优化

为满足百吨级反潜无人船快速部署的需求,以内倾穿浪三体船为母型船,基于RANS方法开展了不同主船体线型、侧体线型及侧体布置方式对阻力性能影响的数值仿真研究;首先分别对主侧体的阻力性能进行优化,然后利用主侧体间形成的有利兴波干扰进行阻力优化,得到最优的船型方案。在保持排水量不变的前提下,当目标船主船体和侧体的长宽比分别为14和18时压阻力显著降低,船型阻力最低;主船体和侧体波系相互叠加,当主船体和侧体的艏波相消或侧体处于主船体的波系干扰区以外时,静水阻力性能最优。

三体船波浪增阻与纵向运动数值模拟及试验研究

为了研究三体船航速及不同波陡波浪参数对其波浪中增阻及运动响应的影响,本文首先对三体船在静水中的阻力进行了数值模拟;其次,通过数值模拟计算了三体船在迎浪规则波中总阻力及纵向运动响应,进而得到波浪增阻,并根据试验结果对数值计算结果进行了验证;最后,研究了三体船在短波和长波中波浪增阻和纵向运动响应随波陡变化的非线性特征。研究结果表明,数值计算结果与试验结果吻合较好,三体船在高航速时纵向运动响应剧烈,重叠网格数方法更适合模拟三体船高航速纵向运动。三体船在高航速时运动及增阻的非线性更加明显,波陡变化带来的非线性影响在长波波浪条件下更加明显。

三体船静水直航性能数值模拟

以某三体船为例,利用STAR-CCM+软件对其在静水中的拖曳航行进行数值模拟,重点分析航行阻力和首尾升沉变化,并与模型实验值进行对比验证。数值模拟能达到较理想的计算精度,同时自由液面波形随航速的变化得到较好的仿真展现。

高抗封闭框型支架在底臌防治中的应用

针对大埋深软弱围岩巷道底臌防治困难等问题,以万家庄煤矿为工程背景,分析回采巷道底臌的主要影响因素,提出“锚网索+高抗框型支架”治理底臌技术,利用FlAC软件模拟在巷道掘进和回采期间的支护效果,并进行工业性试验。现场应用结果表明:顶底板相对移近量为40mm,两帮最大移近量为82mm。

断级对三体滑行艇水动力性能影响的数值研究

为了研究三体滑行艇设置断级后的减阻效果,利用数值手段分别模拟了三体滑行艇的双断级方案和无断级方案在容积弗劳德数从3.14到5.83之间的绕流场,并将计算值与试验值进行了对比,验证了该方法的有效性.计算结果表明:槽道通气后其内部空气被吸入艇底形成了断级后空穴;所设置的双断级在减少艇底浸湿面积的同时提升了主艇体滑行面的滑行效率,在计算的速度范围内均有较好的减阻效果;断级对三体滑行艇的影响随着航速的增加而愈来愈明显,在计算的最高航速下,双断级可减少主艇体49.1%的浸湿面积,提升16.1%的主体升力,获得的阻力收益为17%;同时,断级还削弱了槽道内兴波,减少了槽道的浸湿面积.

基于阻力数值模拟的三体船侧体布置优化

根据三体船的阻力特点,分析不同湍流模型的差异,选用更适用于三体船数值模拟计算的RNG k-ε湍流模型.对三体船侧体位置进行9种典型方案划分并进行黏性流场的数值模拟计算.对比分析不同方案的阻力、自由液面图以及兴波干扰等,参考相关船模试验数据,得到最优侧体布置方案.