锥头航行体非匀速垂直出水数值研究

在航行体高速出水过程中,空化现象不可避免,并会对航行体受到的载荷产生显著影响。该文采用数值模拟的方式,耦合VOF多相流模型和自然空泡模型,计算了不同加速度下锥头航行体垂直出水过程。通过肩部空泡体积与局部空化数的关系,将整个过程分为一次成长阶段、二次成长阶段和溃灭阶段,得到了二次成长阶段具有的准定常特征。分别给出了空泡外形在三个阶段中的变化过程,分析了速度、加速度和局部空化数对空泡发展过程以及航行体上压力分布的影响。     

小空化数下超空泡航行体的阻力特性试验研究

为了研究小空化数下超空泡形态航行体的阻力特性,针对带圆盘空化器头部的航行体设计加工了4种不同结构参数的航行体试验模型.并在水靶道中进行了这些模型的水下航行试验,航行体空化数接近10-4,试验中测量出航行体发射点和某点的航行速度,计算出航行体的平均空化数.数据处理后得到了航行体的平均阻力系数,分析了空化器直径、航行体长细比、空化数对航行体阻力特性的影响;还在试验数据基础上,分析了小空化下航行体的自然超空泡减阻率.结果表明:在超空泡形态下,空化数接近10-4航行体的超空泡减阻率可达98%.这个研究结果为进一步研究小空化数下航行体的水动力特性和弹道特性提供了理论参考和试验数据.     

通气空泡重力效应研究

该文基于VOF方法和有限体积法,求解气水多相流动的RANS方程及标准湍流模式,研究了通气空泡的重力效应.结果表明模拟得到的绕圆盘通气空泡的重力效应与Buyvol的分类准则吻合,通过数值模拟复演了通气空泡的双涡管泄气模式;证实由于与尾空泡的相互作用,重力作用下绕航行体通气空泡在尾部附近出现下沉,航行体上的空泡截面呈现出"月牙"形;阻力随空化数而减小,并在空泡完全包裹住航行体前部锥段时出现突降.     

大攻角下轴对称航行体空化流动特性试验研究

为掌握大攻角条件下轴对称航行体的空泡形态以及表面压力分布特征,本文对不同攻角,不同空泡数条件下轴对称航行体的流体动力特性进行了水洞试验研究,获取了不同试验条件下空泡的不同形态和压力分布.试验结果分析表明,在大攻角状态下,航行体表面的空泡分布不对称性加剧,迎背水面压差作用范围加大,导致航行体法向受力加大.研究结果在工程设计中有重要意义.     

水下航行体垂直发射尾部空泡形态与压力预示方法研究

水下航行体垂直发射尾部空泡形态与压力准确预示是航行体轴向速度设计的重要依据。该文基于对尾空泡形态发展演变的基本规律的认识,结合空泡独立膨胀原理和Rayleigh-Plesset方程,建立了尾空泡非定常发展数学模型,形成了尾空泡形态和压力的理论预示方法,并通过与试验数据的比对,验证了方法的合理性和可用性。此外,还研究了航行体出筒速度、阻力系数、尾空泡初始压力和燃气指数等影响要素对尾空泡压力和形态的影响。     

水下航行体尾喷燃气与通气超空泡相互作用的研究

基于Reynolds平均Navier-Stokes方程和Mixture多相流模型,耦合自然空化模型,采用有限体积法,建立了气、汽、液多相通气空泡流和燃气射流的数值模拟方法,模拟了超空泡航行体尾部燃气射流与通气空泡的相互作用,研究了通气量和燃烧室总压对它的影响.计算结果表明:燃气射流对于通气空泡流具有引射作用,使得空泡尺度特别是其后部明显收缩,空泡变短,"颈缩"位置前移,航行体阻力系数变大,导致泄气截面面积减小,并影响泡内的压力分布.     

导弹垂直发射出筒过程中通气空泡流研究

将通气空泡技术应用于导弹水下垂直发射出筒过程,通气空泡是高速航行体获得稳定空泡的一种重要技术。采用基于Mixture多相流模型的有限体积法求解RANS方程,结合动网格技术,对水下垂直发射导弹出筒过程的轴对称流场进行了数值模拟,研究导弹的流体动力特性和通气空泡的演化。结果表明通气空泡可减小导弹出筒过程中的阻力和改善导弹的流体动力载荷。     

细长体空泡流型试验研究

在水洞中对细长体通气附体空泡流型和控制途径进行了系列模型实验研究；获得了细长体通气附体空泡五种对称基本空泡流型与三种非对称基本空泡流型；在此基础上，从水下超空化超高速自主航行体的需求出发，提出了三种可用的空泡流型：非对称双空泡流型、尾部开式穿透非对称空泡流型和尾部半开式非对称空泡流型。并分析讨论了这三种空泡流型下航行体的重力平衡、运动控制与稳定性问题。同时，通过对有关参数的设计与控制，在水洞模型试验中实现了水下超空化超高速自主航行体的这三种空泡流型。     

动网格技术在非稳态空化流计算中的应用

该文基于对钝锥头航行体的空化流动的实验观测,利用商业软件FLUENT[1]考核了分块网格模型对降低动网格方法误差影响、提高空化流计算精度的可行性和有效性。通过与实验的对比表明,采用分块网格模型能够使基于动网格方法的非稳态空化流计算很好的捕捉到空泡生长,回射,翻卷,脱落,溃灭这一过程,并获得较为准确的航行体的运动轨迹和所受的水动力。进而分析了流场涡结构与空泡演化的机理。     

基于均质多相流的超空泡航行体尾部升力数值模拟

为了解影响超空泡航行体尾部升力特性的主要因素,为超空泡航行体的弹道稳定性和控制的有效性提供一些参考,基于均质多相流理论对水洞试验前支撑模型进行了气-液两相三维数值模拟。结果发现采用均质多相流模型可以定性模拟出航行体尾部升力特性;采用SST湍流模型比标准k-ε湍流模型效果更好;航行体攻角和来流速度都是影响航行体尾部升力的重要因素。     

高淹没度下平底宽顶堰流量计算问题探讨

对高淹没度平底宽顶堰流量计算存在的问题进行研究,说明现有的2个基本计算公式之间存在较大的计算误差,通过分析大量的实测资料和试验资料,提出高淹没度下的淹没系数计算公式,并将计算值与实测资料进行比较,得出该公式计算的流量平均计算精度比现有的2个基本计算公式计算精度提高了8%~13%的结论。     

Water Quantity Operation to Achieve Multi-Environmental Goals for a Waterfront Body

This paper presents a water quantity operation scheme to resolve series of environmental problems which some waterfront bodies are faced with, such as frequent water-level fluctuation, sediment deposition, water quality degradation, water transparency depravation, and submerged aquatic plant disappearing. Neijiang, which is a typical tide-influenced waterfront body located within the Changjiang Delta, China has been considered as the research area. A 2-D environmental and ecological model coupled with water current, water quality, suspended sediment, algae growth, and water transparency is established and validated against the field investigated data, and the model can well reflect the dynamic processes of these factors in Neijiang. Three water quantity operation modes including self-introducing, pumping, and keeping quiescence are proposed. Based on different kinds of water demand of Neijiang and the actual water exchange ability, detailed water quantity operation schemes under different hydrologic conditions are studied with the established numerical model, and the changes of some living condition factors after water operation are forecasted and evaluated. Results show that water exchange and sediment deposition in Neijiang are apparently reduced after water operation in different level years. In addition, the water quality and transparency in Neijiang can keep a good status, and the living environment is improved for submerged aquatic plant restoration. This study provides an example to resolve environmental problems, improve living conditions and keep a healthy ecosystem for similar waterfront bodies.     

关于浅水湖泊沉水植物覆盖度设计依据的探讨

沉水植物是维持浅水湖泊清水态的关键因子,其覆盖度是水生态修复工程中植物措施的重要参数。从沉水植物作用机理出发,通过收集天然浅水湖泊沉水植物变迁情况,分析国内外相关学者和工程的研究成果,得出在浅水湖泊沉水植物覆盖度设计时可在50%~70%范围内取值;对于污染负荷小的湖泊,可以取相对较低的值;对于水塘,其取值可按约30%考虑;当营养盐浓度超过阈值时,覆盖度应处于较高的水平。根据工程经验,在污染源恒定的情况下,覆盖度越高,对水质可起到越好的维持效果。同时,针对影响沉水植物覆盖度的有关因素,例如底泥污染、水体透明度以及季节变化等作了思考并给出了相关建议。研究结果为今后浅水湖泊沉水植物恢复的相关工作提供一定的经验和借鉴。     

含淹没植被明渠水位及糙率变化试验研究

采用概化水槽试验研究了在不同植物间距、水流条件下,含淹没植被明渠水位、曼宁糙率系数的变化特征,给出了含淹没植被明渠的糙率经验公式.试验结果表明:相同的流量、水深条件下,明渠的水位壅高值和水面比降均随植物间距的减小而逐渐增大,当植物枝叶相互间贴近或交叉时,植物对明渠水位、比降的影响程度相对较大;水深基本相同、植物排列方式相同的情况下,随着流量的增加,水面比降基本呈线性增大趋势;水深相同的条件下,含淹没植被明渠糙率受水流流速的影响较小.     

两种气泡泵垂直管内气液两相流的CFD数值模拟

以气动式风力提水系统的核心部位为对象,采用VOF模型分别对气泡泵和盖瑟泵的垂直管内气液两相流进行CFD数值模拟,考虑了不同的淹没深度、不同的进气速度对两种泵出水量的影响。结果表明,在两种泵的垂直上升管中,均有Taylor气泡产生和上升。当淹没深度为1.0 m时,两种泵皆仅有微量的水从上升管顶部排出;淹没深度为1.8 m时,两种泵有较多量的水从上升管顶部出口排出,其平均排水体积流量为6.2~27.9 L/s,并且气泡泵的排水量要比盖瑟泵大,但随着进气速度的不断增加,这种优势将不再明显。     

SECOND-ORDER DRIFT FORCES AND MOMENTS BETWEEN TWO SUBMERGED BODIES IN WAVES ON 3D METHOD

Two near field methods, namely the integral method and differential method, were presented for giving second-order mean drift forces and moments between two fixed submerged bodies in regular waves. For the integral method, with a series of mathematical manipulations, second order drift forces and moments could be easily expressed by distributed sources which could be calculated by source distribution techniques with the assumption that the amplitude of ship motions are small on the basis of the linear 3D frequency theory. For the differential method, drift forces and moments could be expressed by the derivative of velocity potential with respect to space coordinate. Because two bodies would behaveas a single body while the clearance is very large, the numerical results of one sphere in such case were given and compared with analytical results of a single sphere which does not involve the effect of free surface. When submerged depth becomes enough large, a good agreement can be reached. Then the integral method was used to predict the second order drift forces and moments of two submerged spheres and spheroids with a small lateral separation distance in waves compared with the numerical results obtained by the differential method and they agree well. By comparison, it indicates the interaction effects between two submerged bodies have a profound influence on the drift forces and moments. In this paper, the forward speed effect on submerged spheres was also considered.     

宁夏引黄灌区干渠直开口出流流态及流量分析

宁夏引黄灌区干渠直开口(斗口)结构是闸门加涵洞的结合体,水流通过闸孔在涵洞中呈现极为复杂的流态,有自由出流、淹没出流以及有压管流流态,并且交替变化。通过试验提出,当闸后某断面水深较小,且下游水深小于水跃的第二共轭水深时,可以按自由出流计算流量;当此水深小于或等于涵洞高度,且下游水深大于水跃的第二共轭水深时,可以按淹没出流计算流量;当此水深大于涵洞高度,且下游水深大于水跃的第二共轭水深时,可按有压管流计算流量。同时,提出了相应的流量计算公式,可供工程设计和管理使用。     

淹没丁坝端坡对附近水流结构的调整作用

工程应用中的丁坝往往具有一定的端坡,而且经常处于淹没状态。为了研究端坡对淹没状态下丁坝附近水流结构的调整作用,采用水槽试验和三维浅水模型相结合的方法,分析淹没时丁坝阻水面积相等条件下坝头直立和具有一定端坡时丁坝附近的表层平面流场、底层平面流速分布和底层切应力分布情况。结果表明:淹没程度?H/H?0.17时,丁坝下游仍出现回流区,端坡系数m等于1时相对回流长度和坝头附近流向偏角最大;存在一定端坡时,坝头附近临近底床平面强流速范围和底床切应力范围显著减小或消失,m等于7时能够将丁坝附近流场调整得较为均匀。     

潜堤上波浪传播过程数值研究

以RANS方程结合Level-Set方法为研究基础,采用五阶WENO有限差分格式进行空间离散、三阶TVD Runge-Kutta格式进行时间推进、Level-Set方法追踪波浪与空气间自由面以及解析松弛法来实现数值水槽中的造波消波,建立了一种求解潜堤上波浪传播问题的数值计算模型。选取经典的潜堤上波浪传播物理试验模型对数值模型进行了验证,水位计算结果与试验值吻合较好。进一步研究了波高、潜堤顶部淹没深度以及潜堤坡度等参数对潜堤上波浪传播过程的影响。结果表明:波高越高、淹没深度越浅、潜堤向波坡度越小,波浪受浅水作用越明显;潜堤背波坡度越小,波浪受反浅水作用稍大,但并不明显。     

太湖梅梁湾水源地通过生态修复净化水质的试验

通过在太湖实施的试验研究,发现富营养化水体营养盐浓度的增加会导致附着在水生植物上的附着生物增加,对水生植物(主要是沉水植物)的光合作用造成胁迫,从而说明草型湖泊生态系统的恢复,首先必须降低营养盐浓度,因此,通过恢复水生植物来净化水质是不现实的。与营养盐浓度相比,风浪、光照、鱼的牧食等都不是根本的影响因素。根据调查,示范区夏季盛行偏南风,吹程长,风浪较大,导致沉积物悬浮,影响水环境质量,而蓝藻水华易于在此堆积,这些都是影响该水域水质的主要因素。为此,在生态净化方面,以恢复漂浮植物和浮叶植物为主来净化水质,在工程净化措施方面,提出了消浪和控藻等工程措施,以及布设人工介质(渔网)富集附着生物来净化水质等措施。经过3年的实施,示范区的水质改善已经取得初步成效。