粘性流场

摘要： 以DTMBP4119舰船螺旋桨为研究对象,基于求解RANS方程的STAR-CCM+流体软件,采用滑移网格、多重参考系模型,进行非定常的敞水性能、定常的敞水性能的数值模拟。两种数值计算均与试验值具有较好的一致性;但采用滑移网格的非定常计算结果相比采用多重参考系模型更加接近试验值,表明滑移网格技术具有更高的计算精度,更加适用于数值模拟舰船螺旋桨的特殊性能。

摘要： 在船舶领域中,水动力学一直以来都是研究的重点,随着相关技术的逐步完善,使得可用于船舶性能及流动细节分析的软件随之增多,Fluent便是其中之一,其类型为CFD软件包.与常规船型相比,肥大船型具有一定的特殊性,即粘性阻力大,这在一定程度上影响了此类船型航行速度的提升.为给船型改良提供详细可靠的依据,可以运用Fluent软件对肥大船型的粘性流场性能进行分析.鉴于此,从低速肥大船型在水面上的流动特点分析入手,论述基于Fluent的低速肥大船型的粘性流场性能,为肥大船型优化改进提供依据.

摘要： 为了研究带舭龙骨的船体横摇自由衰减运动,本文建立了基于OpenFOAM的粘性流场数学模型.模型采用六自由度运动方程与动网格技术计算船舶运动,应用阻尼消波技术消除远处的数值水池壁面产生的反射波,有效提高了数值预报的精度;通过对比模拟得到的衰减曲线和阻尼系数与试验所得的结果,分析了舭龙骨附近的涡量场,并探讨了舭龙骨减摇的机理.结果表明本文建立的数值模型可以准确地模拟船体横摇运动,成功预报了不同高度舭龙骨的减摇效果.

摘要： 在日益成熟的现代船舶市场中,高技术、高附加值的游艇逐渐脱颖而出,成为一种热门的投资与开发对象,获得了资本市场的青睐。游艇对于航行速度、舒适性、兴波阻力特性等有较高的要求,为了满足游艇的水动力特性参数,本文充分利用计算流体力学CFD对游艇粘性流程中的阻力特性进行仿真试验,具体包括流体动力学特性方程的建立、游艇模型设计、基于Fluent的游艇网格划分以及阻力特性仿真。

摘要： 船舶操纵性是船舶设计中最关心的性能之一,而船舶操纵运动响应可以用于评估操纵性能的优劣.随着高性能计算机的飞速发展以及计算流体力学的长足进步,采用CFD全粘性流场求解方法进行船舶操纵运动,尤其是带桨带舵船舶操纵运动的数值模拟研究有着巨大的潜力和工程应用前景.本文阐述了基于CFD方法进行的船舶操纵运动数值模拟及约束船模操纵运动和自航船模操纵运动数值模拟研究状况,阐述了螺旋桨体积力模型、滑移网格方法和重叠网格方法在自航船舶操纵运动数值模拟中的研究进展.简述了船舶操纵运动数值模拟研究中的挑战及未来研究的趋势.%Ship maneuverability is one of the most important ship design issues that can be addressed by performing a ship-maneuvering motion response assessment.With the rapid development of high-performance computers and computational fluid dynamics(CFD),there is a huge potential in numerical simulations of engineering applications such as simulations of the ship-maneuvering motion with propellers and rudders using CFD with the full-viscosity fluid field solution method.This paper reports the research progress of CFD simulations on maneuvering motion;presents simulations of the maneuvering motion of the captive ship model vs free running ship model; and docu-ments the progress of the propeller body force model,the sliding mesh method,and the overset grid methods in the simulations of the maneuvering motion of the free running ship model.It then summarizes the challenges and future trends in CFD simulation research on ship-maneuvering motion.

摘要： 以KCS船、KP505桨及NACA0018舵为研究对象,基于FINE/Marine软件,运用滑移网格技术,根据提出的翼型舵球尺寸,对粘性流场中的桨-舵、桨-舵-舵球组合系统进行水动力性能计算.计算得出该翼型舵球在低进速下,最佳节能效果可达1.66％.在此基础上,对船-桨-舵、及船-桨-舵-舵球系统进行计及自由液面的非定常干扰数值模拟,计算结果表明船-桨-舵-舵球系统的计算结果与桨-舵-舵球系统计算值趋势一致,且该舵球在航速V=2.1968m/s时,其节能效果达2.06％,是相同进速系数下,桨-舵-舵球组合系统的两倍左右,验证了该翼型舵球在两种组合系统下的节能效果,为舵球的实际工程应用提供了重要的理论依据.

摘要： In order to investigate the flow characteristics of different walls,the vortex shedding and lift,drag coefficients induced by different walls are studied by using the lattice Boltzmann method in viscous fluid field.The flow motion is described by solving the Navier-Stokes equations using the lattice Boltzmann method(LBM) which is based on the kinetic theory.Different lattice Boltzmann schemes are adopted to deal with different walls.The plane wall is handled with the Half-way rebound boundary scheme,while the curved surface is processed in the form combining the LBM with the finite difference method (FDM).The effects that the actual physical boundary and the standard grid lines do not overlap on the computational results are included.Corresponding codes are developed,and the numerical models are verified by comparing the results with public literatures.Meanwhile,the influence of the distance of inlet and outlet boundaries to bluff body center are discussed.The comparative analysis of the results of lift,drag coefficient,Strouhal number,vorticity contours and so on is presented.And,the effect of different Reynolds numbers is investigated.It shows that the wall structures obviously impact the flow characteristics which is also seriously influenced by the Reynolds number.Generally,a plane wall responds more quickly.%为了探讨不同壁面的绕流特性,针对粘性流场中,不同壁面诱导的涡脱落现象以及升阻力系数等流场特性进行了格子Boltzmann数值研究.利用基于分子动理论的格子Boltzmann方法(LBM)求解Navier-Stokes方程,实现对流体运动的描述,针对不同的壁面条件,分别采用不同的格子Boltzmann流-固壁面处理方法.采用Half-way反弹边界条件来处理平直壁面,而曲壁面则采用LBM与有限差分法相结合的形式进行处理,计入了壁面与标准网格不重合对结果造成的影响.开发相应的计算程序,计算结果与已发表文献结果吻合良好,验证了数值模型的正确性.同时,探讨了进出口边界与钝体中心的距离对结果的影响.对比分析了不同壁面的绕流模型中升阻力系数、斯托罗哈数和涡量云图等,并进一步研究了雷诺数条件的影响.结果表明,不同壁面的绕流特性具有明显差异,且同时受雷诺数的显著影响;一般地,平直壁面对于来流作出的响应更迅速.

摘要： 以MAU型桨作为研究对象,通过数值模拟方法,以质量守恒定理及动量守恒定理为基础,建立不可压缩流体的控制方程,计算螺旋桨在敞水中的受力情况.本文数值计算采用k-ω湍流模型和SIM-PLE算法,分析推进器在不同进速系数下,推力、扭矩与表面压力变化分布特点.运用计算软件FLU-ENT,对螺旋桨的尾流场进行模拟计算,展示其敞水性能的数值计算结果并与水池敞水试验值对比,对常规螺旋桨在粘性流场中受力直观体现,并校验了CFD技术在粘性流场计算中的可靠性.

摘要： 为了分析串列螺旋桨的水动力性能，本文运用计算流体动力学理论，结合雷诺时均 RANS方程和相对运动参考坐标系对其三维定常粘性流动进行数值模拟。应用 Fortran语言编制程序计算螺旋桨的型值点，并采用三次样条曲线拟合各点，建立串列桨三维模型。以某一串列螺旋桨作为研究对象，得到螺旋桨的推力系数、转矩系数以及流域内速度分布等水动力特性参数，并给出敞水性能曲线。计算结果与试验数据吻合较好，验证了数值方法的可行性和准确性。%In order to simulate numerically the tandem propeller hydrodynamics performance of steady viscous flow ,the computational fluid dynamics (CFD) method based to the Reynolds-averaged navier-stokes (RANS) equation and the moving reference frame technique is used in the paper. A 3D model of tandem propeller is built according to the points of propeller were calculated by Fortran program and optimized by the method of NURBS. such as thrust coefficients, torque coefficients and the velocity distribution. The computed results agree well with the experimental data such as thrust coefficients, torque coefficients and the velocity distribution. It shows that the numerical method has good accuracy in the prediction of tandem propeller open-water performance.

摘要： 以 KCS 船为研究对象，基于计算流体力学（computational fluid dyamics，CFD）方法，运用滑移网格技术，对粘性流场中的裸船体、船桨、船桨舵进行计及自由液面的非定常干扰数值模拟．计算了裸船体的阻力，船桨及船桨舵在螺旋桨转速分别为9.1～9.9（r·s －1）共9个工况下的阻力值．计算结果表明：船与船桨的阻力计算结果与实验结果吻合良好，相对误差均在5％以内，并得出与实验结果相匹配的螺旋桨转速．通过对船桨舵的整体求解，讨论了螺旋桨及舵对船体尾流场的影响，得出船尾部的速度与压力分布状况，对船舶实际流场的预报具有实际意义．%In this paper,the KCS ship is taken as the research object.Based on the CFD method and using slid-ing mesh technique,numerical simulation is carried out of the unsteady interference of the bare hull,hull-pro-peller and hull-propeller-rudder with free surface in viscous flow field.The resistance of the bare hull,hull-pro-peller and hull-propeller-rudder is given by calculation for 9 cases in which propeller speed is set up from 9.1 r/s to 9.9r/s.The calculation results of the resistance are in good agreement with the experimental results,the rela-tive error is within 5%,and the matching speed of propeller is obtained.Meanwhile,through the global solution of the hull-propeller-rudder,the influence of the propeller and rudder on the ship stern flow field is discussed and the velocity and pressure distributions in stern are also obtained.This study has great practical significance for the prediction of the actual flow field of the ship.

摘要： 高速双体船凭借其出色的阻力性能和较低的建造成本,越来越受到人们的重视.本文采用了CFD(Computational Fluid Dynamic)方法对模型尺度下某型双体船的静水航行阻力性能进行了数值模拟计算,并与试验数据进行了对比分析.采用基于开源CFD软件OpenFOAM自主开发的求解器naoe-FOAM-SJTU,运用有限体积法(FVM)离散不可压RANS方程,并使用VOF方法捕捉自由面.数据处理表明,计算结果与模型试验结果符合较好.此外,通过本文的计算验证了naoe-FOAM-SJTU求解器对于粘性流场中高速双体船数值模拟的适用性和可靠性.

摘要： 由于倾斜的叶梢可以减少梢涡的能量损失,叶梢倾斜螺旋桨具有效率高、经济性和机动性好等优点,对其尺度效应的规律的研究,有利于在实船中预报效率和性能.桨模和实桨或者不同尺寸的螺旋桨因雷诺数不同而引起其水动力性能之差异称为尺度效应.鉴于计算流体力学(CFD)技术在对粘性流场的一些重要的流动特征的研究中具有的诸多优点,基于ANSYS CFX15.0软件,以P1727型叶梢倾斜螺旋桨为研究对象,模拟了螺旋桨周围的粘性流场,进行性能计算,所得的数据分析表明叶梢倾斜螺旋桨尺度效应的基本规律与常规螺旋桨基本一致,但幅度上要更加明显.

摘要： 较深水状态,潜艇近水面航行时受到文丘里效应的影响,艇体水动力呈现显著变化.文中基于Star CCM+商用软件,在验证数值计算方法可行的基础上,开展了不同潜深及航速下潜艇粘性流场的数值模拟,获取了艇体阻力、垂向力及纵倾力矩随水深及航速的变化规律,模拟结果表明:潜深是影响潜艇近水面与深水状态水动力性能差异的决定性因素,当潜深与艇体直径的比值H/D≤1.3时,近水面效应显著,而当H/D≥2.9时,可认为潜艇水动力性能与深水状态无显著差异;近自由液面条件下(H/D≤1.3),潜艇所受阻力及垂向力系数随航速的增大均呈现明显的波动变化规律,此现象主要是由自由面兴波使得艇体表面压力变化所引起.

摘要： 本文选用基于RANS的N-S方程作为控制方程,以及k-ε(标准型)湍流模型,在冲压发动机设计点条件下,对进气道粘性流场进行数值仿真,验证了在设计点条件下冲压发动机进气道性能.

摘要： 本文采用动网格方法耦合求解粘性流体流动控制方程和船体运动方程,对水动力诱导的船舶六自由度运动进行数值模拟.通过选取不同的相对速度、横向间距、船舶尺寸等因素,得到追越船舶所受力和力矩受这些因素的变化规律.通过与相关文献数据进行比较,对本文采用的数值方法进行了有效性验证.在此基础上,对考虑到相互间水动力干扰的两追越船舶的粘性绕流场进行数值模拟.研究结果可为多船相遇情况下的船舶操纵安全提供理论指导.

摘要： 本研究利用了基于RANS方程的黏性数值模拟方法,对具有典型特征的两艘不同船型科考船的静水阻力性能进行了研究与分析.使用了基于开源CFD软件OpenFOAM开发的多功能求解器naoe-FOAM-SJTU,对各船型在不同航速工况下(12 kn和16 kn)静水阻力和兴波情况进行了计算与模拟.对每一种工况均进行了网格收敛性验证,确保了计算结果的可靠性.通过各阻力成分计算结果的对比研究,分析了各船型快速性的优劣,并提出了船型优化设计建议.进一步验证了naoe-FOAM-SJTU求解器对于粘性流场计算的适用性和可靠性.

摘要： 本文基于非协调边界元方法和涡方法的联合应用,模拟了三维粘性、不可压缩流场.计算中将整体计算域分解为采用涡泡模拟的内部区域和用涡列模拟的数字边界层区域.计算域中涡量场的拉伸和对流由Lagrangian涡方法模拟,用随机走步模拟涡量场的扩散.内部区域涡元涡量场速度由广义Biot-Savart公式计算,势流场速度则采用非协调边界元方法计算。非协调边界元将所有节点均取在光滑边界处,从而避免了法向速度的不连续现象；而对于系数矩阵不对称的大型边界元方程组,本文引入了非常高效的预处理循环型广义极小残余(GMRES)迭代算法,使得边界元法的优势得到了充分发挥;同时,本文在内部涡元势流场计算中对近边界点采用了正则化算法,该算法将奇异积分转化为沿单元围道上一系列线积分,消除了势流计算中速度及速度梯度的奇异性。三维流场算例证明了本文所采用方法的正确性,同时也验证了本文算法可以大幅度提高模拟精度和效率。

摘要： 采用混合RANsS/LES模型对6：1椭球体粘性流场进行数值模拟，验证模型的有效性，采用基于非结构化网格的有限体积法离散控制方程和湍流模式，采用SIMPLE方法处理速度-压力耦合，对流项采用二阶迎风格式，得到了不同攻角下粘性流场和水动力的数值计算结果，并与国外实验结果进行了比较，符合程度较好并有很大的发展潜力。

摘要： 本文发展了基于嵌套网格的隐式多重网格高效率算法，并将其应用于悬停旋翼粘性绕流的计算中.对嵌套网格技术而言,网格在被粗化后，重叠区的插值关系将不再成立，因此重叠区的信息交换只能在最密的网格上进行.针对这一困难本文发展了一种新的信息传递方法，应用了两层网格的V循环隐式多重网格法,采用Roe’s FDS对Caradonna-Tung旋翼的悬停态的跨声速粘性流场进行了数值模拟．计算结果表明该隐式多重网格方法具有较高的计算效率，其计算时间和工作单元加速比约为3．

摘要： 水下回转体与导管推进器组合体的三维复杂粘性流场的计算具有广泛的应用背景,同时,运转于水下回转体尾部充分发展的厚边界层内的导管推进器与回转体尾部之间存在强相互干扰作用.试验研究表明,在一定的来流攻角范围内,位于水下回转体尾部的导管会降低回转体的稳定性。本文通过计算流体力学软件F1uent对位于回转体尾部的导管周围的流场进行了数值模拟,并验证了模型试验结果.分析表明：在有来流攻角的情况下,回转体尾部上下部流场产生了不对称性,导管处于这样的尾势流区以及导管张角的存在是产生对回转体不稳定影响的主要原因.在这一分析的基础上,提出了降低或消除导管带来的不稳定性影响的方法,并通过数值试验对这些方法的有效性作了验证.

摘要： 本发明公开了一种基于流场密度阶跃的高精度间断迦辽金人工粘性激波捕捉方法，通过建立DG高精度框架，控制方程采用Euler方程，计算区域采用非结构网格进行剖分，方程的对流项采用高阶HLLC格式离散求解，同时在主控方程的基础上添加人工粘性项，在保证鲁棒性、计算精度的基础上捕捉激波，人工粘性项的添加基于网格单元面上的阶跃，无需激波探测技术，采用归一化的方式保证量纲一致并将阶跃量划归到网格单元内；本发明选择密度作为阶跃变量来构造人工粘性，不需要额外的激波探测等过程，构造算法所需的变量少，计算过程得到简化，相比之前的激波捕捉方法，该方法的的激波捕捉效率得到提高，有效捕捉激波所需的迭代步数明显减少，所用的CPU时间明显减少。

摘要： 本发明涉及一种提高燃料电池双极板波浪形流道流场有效面积的流场结构，通过在分布于波浪形流道流场两侧的电化学反应弱化区设置与波浪形流道仿形的类半月形凸台及其周围的流道，使电化学反应弱化区具有与燃料电池主体流场相同程度的电化学反应。通过本发明可以提高双极板波浪形流道流场的有效面积，通过每个燃料电池电化学反应弱化区的减少来提高有效电化学反应面积。虽然电化学反应弱化区在燃料电池流场中的占比是比较低的，但是由于燃料电池电堆动辄是几十甚至几百个燃料电池堆叠而成的，对于一个燃料电池电堆而言，燃料电池电化学反应有效面积的增加是非常可观的。

摘要： 本发明公开了一种基于流场通量阶跃的高精度间断Galerkin人工粘性激波捕捉方法，采用非结构网格对计算区域进行剖分，控制方程采用Euler方程，建立以基函数、测试函数、Gauss积分点为代表的DG高精度框架，同时在方程中以单元交界面上守恒变量的阶跃为基础构造新的人工粘性项，方程的对流项采用HLL格式离散求解，在有效捕捉激波的情况下，保证鲁棒性和计算精度；本发明即使在不进行激波捕捉的情况下，单元交界面处的通量也是方程求解必须的中间变量，选择流场单元交界面处的通量阶跃来构造人工粘性，相比其他方法可以减少计算量，从而节省计算的时间。

摘要： 本发明公开了一种基于流场密度阶跃的高精度间断迦辽金人工粘性激波捕捉方法，通过建立DG高精度框架，控制方程采用Euler方程，计算区域采用非结构网格进行剖分，方程的对流项采用高阶HLLC格式离散求解，同时在主控方程的基础上添加人工粘性项，在保证鲁棒性、计算精度的基础上捕捉激波，人工粘性项的添加基于网格单元面上的阶跃，无需激波探测技术，采用归一化的方式保证量纲一致并将阶跃量划归到网格单元内；本发明选择密度作为阶跃变量来构造人工粘性，不需要额外的激波探测等过程，构造算法所需的变量少，计算过程得到简化，相比之前的激波捕捉方法，该方法的激波捕捉效率得到提高，有效捕捉激波所需的迭代步数明显减少，所用的CPU时间明显减少。

摘要： 本发明公开了一种平行流场与蛇形流场自动切换的燃料电池自适应流场板，流场板的结构包括：反应物进口和出口，进口总管和出口总管，流场板上设有若干条脊、流道和四周的流场板壁，总管两侧壁面上的凹槽以及布置的自适应结构。当总管中有积存的液态水时，流场中的自适应结构吸水膨胀，总管局部横截面积逐渐变小，甚至堵住总管，使流场板局部或全部从平行状流场变为蛇形流场；当总管中不再有积存的液态水时，在电池运行温度下受到气流吹扫，内部水分蒸发，自适应结构脱水收缩，变为平行流场。本发明能够根据总管中液态水含量发生自适应变化，适应不同的工况，加快液态水的移出，避免水淹现象，并减小泵功消耗，提升电池净功率的效果。

摘要： 本公开提供了一种流场板及流场板的流道，属于燃料电池领域。该流道为波浪形，流道包括进口端、出口端和中间段，进口端位于中间段的一端，出口端位于中间段的另一端，中间段包括两个相对的内侧壁，中间段的内侧壁上设置有对流凸起，对流凸起由所处的一个内侧壁朝向相对的另一个内侧壁凸出形成，且对流凸起与相对的另一个内侧壁之间具有过流间隙。本公开可以提高气体的利用率。

摘要： 本发明涉及一种提高燃料电池双极板波浪形流道流场有效面积的流场结构，通过在分布于波浪形流道流场两侧的电化学反应弱化区设置与波浪形流道仿形的类半月形凸台及其周围的流道，使电化学反应弱化区具有与燃料电池主体流场相同程度的电化学反应。通过本发明可以提高双极板波浪形流道流场的有效面积，通过每个燃料电池电化学反应弱化区的减少来提高有效电化学反应面积。虽然电化学反应弱化区在燃料电池流场中的占比是比较低的，但是由于燃料电池电堆动辄是几十甚至几百个燃料电池堆叠而成的，对于一个燃料电池电堆而言，燃料电池电化学反应有效面积的增加是非常可观的。

摘要： 本发明提供了一种流场分析系统、流场分析方法和计算机可读存储介质，其中，流场分析系统包括：参数获取模块，用于获取隧道模拟参数和风机配置参数；隧道模型建立模块，用于根据隧道模拟参数建立出隧道模型；网格划分模块，用于对隧道模型进行网格划分；流场计算与输出模块，根据风机配置参数以及进行网格划分后的隧道模型进行除尘模拟，并输出除尘模拟结果；流场优化与输出模块，基于预设除尘目标和除尘模拟结果进行除尘模拟修正，直到得出满足预设除尘目标的修正隧道模拟参数和修正风机配置参数并进行输出。本申请通过输入各种参数来建立隧道模型以及计算隧道内流场，并通过对当前流场进行优化，最终得到了除尘效果最佳的参数配置。

摘要： 本发明公开了一种变攻角下测量翼面特定区域流场和全局流场的装置和方法本发明涉及一种基于PIV测速方法来测量变攻角下翼面特定区域流场和全局流场的试验装置和方法。该装置包括相机转动机构和翼型转动机构，将相机转动机构的电动转盘转动中心与翼型转动机构中的电动转盘转动中心对齐；再根据待测翼面特定区域距翼型转动中心的距离调节相机直线驱动单元内相机的位置，保证相机镜头和翼型待测特定区域距各自的转动中心的距离相同，达到同一空间上的共轴效果；最后利用同步控制器控制相机电动转盘和翼型攻角电动转盘完成相同角度的转动，确保相机和翼型在动态过程中保持相对静止，实现动态过程中对特定区域内流场的测量。此装置原理简单而实用，可以很好地解决模型变攻角下特定区域内流场和全局流场的PIV测量，大大提高了试验效率。

摘要： 本公开提供了一种流场板及流场板的流道，属于燃料电池领域。该流道为波浪形，流道包括进口端、出口端和中间段，进口端位于中间段的一端，出口端位于中间段的另一端，中间段包括两个相对的内侧壁，中间段的内侧壁上设置有对流凸起，对流凸起由所处的一个内侧壁朝向相对的另一个内侧壁凸出形成，且对流凸起与相对的另一个内侧壁之间具有过流间隙。本公开可以提高气体的利用率。