粘性流中的二维兴波水翼水动力特性研究

本文采用边界层的概念来研究粘性流中的二维兴波水翼之水动力特性的数值计算方法。考虑到边界层与外部势流的相互干扰，运用了势流与边界层的相互迭代计算，从而求得两者相互匹配的解。用势流解求得的水翼升力系数往往比实验值明显偏大。而用本文的方法，从算例来看，计算结果比势流解减小１５％左右，而与实验值比较接近。本文还讨论了兴波阻力的计算方法，并有算例。     

二维兴波水翼水动力预报的涡分布法

本文用奇点面分布法预报二维自由面边界下水翼的水动力特性。采用线性化的自由面边界条件。水翼表面划分为若干单元，每个单元上布置线性分布的涡，并在其中点满足Ｎｅｕｍａｎｎ型物面边界条件。与试验结果比较表明，计算结果是合理的，本计算方法能显示二维兴波水翼水动力特性与Ｆｒｏｕｄｅ数，相对浸深和攻角的关系。     

基于B样条网格的三维水翼水动力性能研究

该文应用低阶速度势面元法建立了预报三维水翼水动力性能的数值方法,重点对翼梢和尾涡进行了研究。文中采用基于B样条的网格划分方法,在水翼前缘处的弦向网格线与外轮廓线正交,在尾缘处与尾涡离开的速度方向相一致。翼梢上尾涡分离点的位置采用迭代的方法进行确定。对于三维升力问题而言,横向流动的影响作用很大,本文对现有的库塔条件形式进行了改进,在考虑横流影响的前提下,满足随边荷载为零的条件。通过对计算结果与试验结果进行比较表明,将基于B样条的网格划分方法及改进的库塔条件应用于已有的面元法程序中,能够很好地改善计算结果的精度。     

复合材料水翼水动力响应数值模拟研究

该文针对NACA0009复合材料梯形水翼进行流固耦合数值计算,研究复合材料水翼水力阻尼及水弹性响应特性。研究建立了复合材料水翼流场模型、结构模型、流固耦合计算模型及湿模态模型,并利用实验结果对模型进行验证。模态分析结果表明：复合材料铺层角φ影响水翼模态振型,相比于φ=0°铺层,φ=+30°铺层和φ=-30°铺层水翼的一阶模态频率降低,二阶和三阶模态频率升高。研究进一步对水翼振动过程的阻尼特性进行分析,得到了水力阻尼比与流速的经验关系式,复合材料水翼水力阻尼比与流速成正比,且相比于φ=0°铺层,φ=+30°铺层和φ=-30°铺层水翼的水力阻尼比更大。分析了不同流速下复合材料水翼的水动力载荷特性：对于稳态水动力载荷,φ=+30°铺层水翼的载荷系数随流速增加而增大,φ=-30°铺层随流速增加而减小,φ=0°铺层随流速增加而略有增加;对于瞬态水动力载荷,初步分析表明,水翼受到的水动力作用形式与铺层角相关：相较于流速,铺层角φ对瞬态载荷分布的影响更大,且φ=+30°铺层水翼吸力面尾缘附近所受水动力比φ=0°铺层更大。     

二维振荡超空化水翼水动力性能分析

该文以ys 930超空化水翼和NACA 65410水翼作为研究对象,采用RNG k-ε湍流模型、Zwart-Gerber-Belamri空化模型以及动网格技术,对比两种翼型在俯仰、升沉以及俯仰升沉复合运动情况下的水动力性能。结果表明:运动幅值的增加会使得升力系数和阻力系数曲线峰值明显提高;水翼在俯仰和复合运动情况下的升力系数和阻力系数会产生明显的尖峰,而尖峰主要是由下翼面气泡溃灭造成的。为进一步研究两种翼型的水动力性能,将升力系数和阻力系数的平均值和方差进行对比分析。结果表明:在升沉运动中,ys 930水翼的升阻力系数平均值始终高于NACA 65410水翼;但在俯仰和复合运动中,运动幅值的提高会使得NACN 65410水翼的升阻力系数平均值高于ys 930水翼;在三种运动模式下,ys 930水翼升阻力系数的方差较大,稳定性较低。从升阻比来看:ys930水翼在升沉运动中可以获得较高升阻比;但在复合运动情况下,随着俯仰角度的增加,NACA 65410的水动力性能明显提高。     

静水中摆推式水翼的水动力分析与实验研究

针对静水中作摆动推进的水翼,采用用非定常涡格法对其进行水动力分析,并进行了静水中的相关推进实验。在理论计算中作者提出了一种非线性尾涡面模型处理办法,并将这种尾涡面模型下的计算结果与试验结果进行了对比,对比表明在计算中采用这种非线性尾涡面效果理想。最后,针对提出的这种非线性尾涡模型处理方法展开了进一步的探讨,并按此计算了有来流工况下的尾涡面形状,给出了计算结果。     

带附体的门桥水动力性能试验研究

为了改善门桥的水动力性能,增设了对近壁面流场进行流动控制的水翼.船模水池中的模型拖曳试验表明,尽管水翼会增加门桥的水阻力,但只要合理地设计水翼的翼型、攻角和安装位置,可以改善和提高门桥水动力性能.     

仿生导管桨水动力性能研究

受座头鲸带有前缘凸起鳍的启发,该文将凹凸结节应用于桨叶导边,试图改善导管桨在小进速系数工况下的水动力和空泡性能.运用自编程序,以19A导管+Ka4-70螺旋桨作为原型桨,将导边进行内凹设计:通过改变特定位置剖面弦长,设计出带有凹凸形导边的仿生导管螺旋桨.运用商业CFD软件开展其水动力性能与流动的模拟与分析,建立仿生导管...     

摆动叶片式波浪能发电装置的水动力性能分析

简述了摆动叶片式波浪能发电装置的结构和工作原理,结合波浪力学和浅水波理论对摆动叶片进行理论分析,推导出俘获效率公式。为了分析装置的性能,采用Fluent软件仿真的方法,分析了摆角和波高参数对装置的水动力学性能的影响,提出最佳摆角概念,并研究了最佳摆角与波高的关系。研究结果表明:装置的俘获效率随着摆角的增大先增大后减小;随着波高的增加,装置的俘获效率在增加,研究结果为后期装置的试验提供了理论依据。     

仿生机器鱼尾鳍推进性能实验研究

该文研制了仿鲤鱼机器鱼平台,并通过系泊测力实验研究了自然界常见的圆形、叉形和新月形尾鳍的推进性能,同时比较了刚性、弹性两种材质对尾鳍推进性能的影响。结果表明,弹性尾鳍让机器鱼的平均推力随振幅和频率的变化更平稳;在摆动频率处于中高段时,展弦比较大的刚性尾鳍比弹性尾鳍能产生更大的推力,而展弦比较小的弹性尾鳍比刚性尾鳍能产生更大的推力。     

Hydrodynamics of a flapping foil in the wake of a D-section cylinder

The water environment of swimming fish in nature is always complex which includes various vortices and fluctuations.In order to study the interaction between the fish and its surrounding complex flow, the physical model with a D-section cylinder placed at the front of a flapping foil is employed.The D-section cylinder is used to produce vortices to contact with the foil as well as the vortices shed from the foil.According to the experimental work of Gopalkrishnan et al., there are three interaction modes between vortices shed from the cylinder and the flapping foil,which are expanding wake, destructive interaction and constructive interaction.Here in this article,three of those typical cases are picked up to reproduce the vortices interaction modes with the modified immersed boundary methods and their hydrodynamic performances are studied further.Results show that, for expanding wake mode and destructive interaction mode, the incoming vortices contact with the foil strongly, inducing relative low pressure domains at the leading-edge of the foil and enlarging the thrust of foils.For constructive mode, the foil slalom between the shed vortices from the D-section cylinder do not contact with them obviously and the foil’s thrust is only enlarged a little.     

Numerical and experimental studies of hydrodynamics of flapping foils

The flapping foil based on bionics is a sort of simplified models which imitate the motion of wings or fins of fish or birds. In this paper, a universal kinematic model with three degrees of freedom is adopted and the motion parallel to the flow direction is considered. The force coefficients, the torque coefficient, and the flow field characteristics are extracted and analyzed. Then the propulsive efficiency is calculated. The influence of the motion parameters on the hydrodynamic performance of the bionic foil is studied. The results show that the motion parameters play important roles in the hydrodynamic performance of the flapping foil. To validate the reliability of the numerical method used in this paper, an experiment platform is designed and verification experiments are carried out. Through the comparison, it is found that the numerical results compare well with the experimental results, to show that the adopted numerical method is reliable. The results of this paper provide a theoretical reference for the design of underwater vehicles based on the flapping propulsion.     

静水中长鳍扭波推进的水动力数值研究

长鳍扭波推进是一种典型的鱼类游动方式,具有高效、低噪、机动灵活等一系列优点。该文以"尼罗河魔鬼"鱼为仿生研究对象,采用弹性光顺法和局部网格重划法的动网格技术对大摆幅的长鳍扭波推进运动流场进行了数值计算研究,鳍条最大摆幅高达85°,对长鳍扭波推进在系泊状态下的水动力进行了研究,并与试验结果进行了比较验证。数值分析了鳍面压力分布及其随相位的变化,以及与推力产生的关联,并分析了长鳍扭波推力随扭波频率的变化,研究表明,系泊状态下,推力系数不随频率而改变。     

Hydrodynamic performance of a vertical-axis tidal-current turbine with different preset angles of attack

The instantaneous angle of attack on the blade has a significant effect on the hydrodynamic performance of a vertical-axis tidal-current turbine with straight blades. This paper investigates the influence of different preset angles of attack on the hydro-dynamic performance of a three-bladed, vertical-axis, tidal-current turbine both experimentally and numerically. Experiments are carried out in a towing tank. This tested turbine’s solidity is 0.1146. The preset angles of attack on the blade are -3°, 0° , 3° , and 5°, in the experiments. Experimental results show that with the increase of the preset angle of attack from -3°, to 5° , the hydrodynamic performance of the turbine is improved significantly with the power coefficients being increased from 15.3% to 34.8%, respectively. Compared to the result of a 0° preset angle of attack, the performance of the turbine with positive preset angles of attack is experimentally demonstrated to be beneficial. This performance improvement is also shown by numerical     

热污染的一、二维耦合模型及其应用

滨海、河口二个火电站并存时，其冷却水所释放的热量常造成周围水体的温度上升并相互干扰、叠加。它们之间的水体、温度相互流动、渗混，交接点上的水位、流速及温升同时满足一、二维方程，为此必须进行耦合解。本文提供了一、二维任意交角普遍性的耦合解法，并应用北仑、镇沦二个火电站之间的热污染计算为实例，求得了它们相互影响的定量值。     

海流能转换器叶片翼型的失速和水动力特性的数值研究

海流能转换器叶片翼型的水动力学性能优劣是海流能开发利用的关键因素.该文基于浙江工业大学水力学实验室设计的海流能转换器叶片,利用商川CFD模拟软件FLUENT对其叶片翼型在来流攻角从-4°～20°情形下的水动力特性进行了相应的数值模拟计算,得到翼型周围流场的速度分布、压力分布、翼型的失速特性以及水动力特性与攻角α的关系,可供设计高效的海流能转换器叶片时参考.     

一,二维连接的河口冲淤数模

在河口，河流动力和海洋动力相互作用，动力因素极为复杂。对于多沙河口，其冲淤演变规律更为复杂，河口的范围包括河口段河道，入海口及口外邻近海域。本建立的适用于河口三部分水域的一、二维连续的冲淤数学模型，其中上能反映多沙河口冲淤演变频繁的现象。通过数模计算探讨了黄河口入海水沙与潮流、风吹流及波浪相互作用下的输沙规律，并实际计算了黄河口的冲淤地形及规划方案中各条流路河口的淤积范围等。     

平面二维河床变形的数值模拟

为了研究河道平面二维的河床变形问题，及由此而引起的对防洪、航运等造成的影响，本文给出出非均匀沙的平面二维全沙动床数学模型方程组，并考虑了移质不和饱和输移、非均匀沙推移质输移及床沙级配的调整。在求解水流泥沙运动方程时，采用控制体和只法及动边界技术，对水流速度场、悬移质浓度场及河床变形进行了数值模拟。该模型采用正交曲线网格来克服天然河道边界形状复杂、长度尺度相差悬殊以及由于水位波动引起计算边变化等等困     

旋成体大攻角流场的多涡结构

在北航水洞通过染色线显示和荧光诱导激光片光技术,对旋成体的流场结构进行了实验研究。本文从实验角度验证了细长旋成体在大攻角零侧滑绕流状态下背风区存在非对称多涡的真实结构,阐述了多涡结构的形成过程,发现不同主涡沿着流向运动过程中存在横向(展向)运动并有相互交叉现象,分析了多涡运动轨线特殊点的对应位置,给出了细长旋成体大攻角多涡流场的结构图。