Interaction of a submerged horseshoe vortex with a free surface

In this paper a submerged horseshoe vortex under a free surface is discussed and the algebraic expression of the wave elevation is obtained. From this expression, some characteristics of the ship wave are described. There exists a smooth region nearθ=0°, but when the uniform stream passes the other singularities （source, sink, doublet, etc.） there is no smooth region. The mechanism of synthetic aperture radar （SAR） images of the narrow ship wakes is also explained.

解三维水翼绕流的下潜涡环栅格法

在包含于机翼表面内的某次表面及尾涡面上分布法向偶极子,在翼面上满足物面边界条件,建立了解三维机翼绕流的下潜涡环栅格法。考虑到非线性的自由液面边界条件,用下潜涡环栅格法求解水翼绕流问题。通过算例验证了方法的正确性和程序的可靠性。本方法可用于水翼及水下安定翼和各种舵的水动力计算。

风、浪、流多场耦合作用波浪传播演化机理对比分析

风、波浪与海流在海洋环境中具有强烈的耦合性,准确描述波浪在耦合场中的传播规律尤为重要。为揭示风、流与浪耦合工况的实时演化机理,本文采用Fluent构建数值波浪水池,改进了风-浪耦合边界自由液面处风与水质点速度方向的一致性;在此基础上,研究了各工况波浪传播的时空演化规律并分析了水质点速度分布特性,最终提炼出风、浪、流多场耦合机理。结果表明:提出的改进边界风-浪耦合造波技术具有良好的稳定性和有效性;风-浪耦合后波谷下沉导致二阶Stokes波不再保持“谷坦”特征,浪-流耦合导致波高显著减小、波长变长,并伴随出现波群现象;各工况水质点在水平和竖向速度的相位分布呈现花束状,同时在T0、T4相位分别达到正向、负向加速度极值。

近水面航行二维水翼的水动力特性研究

利用有限体积方法和RNGk ε湍流模型直接求解RANS方程计算近水面航行二维水翼 (NACA 0 0 12 )的水动力特性 ,自由水面采用流体体积方法 (VOF)描述 ,与试验结果的比较表明 ,本文的计算模型是合理的 ,结论是正确的 ,通过计算给出了不同浸深、攻角和傅氏数的升力系数、阻力系数等曲线。

粘性流中的近水面三维水翼水动力特性数值分析

采用有限体积法、RNGk-ε湍流模式对二维及三维水翼近水面航行水动力进行了数值模拟,并与模型试验结果进行了比较分析。结果表明:当水翼浸深与弦长之比大于1时,数值计算方法与试验结果一致,且三维计算精度略高于二维。初步研究了NACA2410水翼在粘性流中近水面航行时升力、阻力特性随攻角、浸深、速度变化的规律,指出该型水翼以Fnc=1.65在近水面航行时有利攻角约为6°、浸深比小于1时,随着傅汝德数的增大,水翼的升力表现出强非线性。

水面下均流中空间任意方位马蹄涡之诱导速度势

本文在线性化自由表面条件的假定下,从单位强度的Kelvin源出发,推导而得处于水面下均流中空间任意方位马蹄涡之诱导速度势公式。本文的结果包含了文献[3]、[4]、[5]中的水平马蹄涡、上反马蹄涡、垂直马蹄涡和下滑马蹄涡之诱导速度势的情况,是一个适用范围更加广泛的基本解。

泡漩水数值模拟研究

笔者针对泡漩水所具有的三维性、自由表面、强紊动性的特点,采用三维K-ε模型,引入通度概念处理不规则边界,用VOF法追踪自由表面,并对突嘴深槽组合地形产生的泡漩水流场进行了数值计算,计算结果与实测资料吻合良好.

明渠条件下单丁坝绕流特征的数值模拟

丁坝结构广泛应用于水利工程中,用以调整水流和护滩固堤,维护优良的水道通航条件。针对单丁坝局部水流,基于非结构网格,采用有限体积法(FVM),建立了三维自由表面水流模型,湍流模型采用S-A一方程模型。针对非淹没、正挑单丁坝,开展了系列Fr数条件下的水流模拟。重点分析丁坝局部流动结构,探讨丁坝坝根处局部涡系演化等特征,研究了丁坝下游回流区长度和宽度的变化,总结了丁坝引起的剪切流的沿程变化特征。

3-D段涡的兴波数值计算

基于段涡的线性兴波理论分析 ,给出了段涡的线性兴波速度势和自由表面波形的计算公式 ,提供了数值计算方法并且给出了相应的数值计算结果 .由计算结果可以看出段涡兴波的自由表面形状特征与段涡的长短、段涡离自由表面的距离的关系以及来流速度的大小对段涡兴波的影响 ,为水翼的兴波问题的计算提供了基础 .

进水口自由表面漩涡特性研究

本文通过室内水槽试验,形成一个自由表面立轴漩涡,并采用对流场无干扰的二维粒子图像测速技术(PIV)对自由表面漩涡的流速场进行了测量,获得了立轴漩涡的切向速度分布、环量分布及水面线数据。另外在试验数据的基础上,通过理论分析建立了描述漩涡水力特性的数学模型,包括切向速度以及漩涡水面线的分布方程。经过与前人的数学模型对比显示,本文提出的模型与试验结果拟合更好,切向速度最大值为in m0.716Γ2πr与试验数据相符,另外公式的变化趋势与实测数据相同且光滑连续。本文的研究结果可以为解决实际工程中的漩涡问题,以及更深入的研究提供数据和理论依据。

模拟自由面影响的涡格方法

基于涡格法来计算自由面影响下的水下航行体或螺旋桨水动力性能。水下航行体、螺旋桨以及自由面均采用涡格来表达,航行体涡格布置在真实物面上,桨叶涡格布置在拱弧面上,自由面涡格布置在静水面上方合适的距离处。通过奇点系的诱导速度来模拟物体与自由面的相互作用,在物面(或螺旋桨拱弧面)上满足不可穿透条件及在静水面上满足线性自由面条件,建立关于涡强的线性方程组并联立求解。通过球体、水翼及螺旋桨等算例考察了该方法的收敛性和精度,并讨论了进速和沉深对螺旋桨水动力性能的影响。