潜射导弹水下垂直自抛发射过程研究

研究了潜射导弹水下垂直自抛发射过程中的复杂多相流动问题。采用多相流mixture模型，考虑了流体的可压缩性、黏性、重力作用、气水掺混效应和能量交换等各项因素。应有限体积法（FVM）和Simple算法，求解气水两相混合介质的RANS方程和standard k-ε湍流模式。运用自编UDF模块和动网格技术，实现了导弹出筒过程中弹体运动与气水流场的耦合求解。计算结果揭示了潜射导弹水下垂直自抛发射过程中发动机喷管和发射管内复杂多相流动的演化、流场结构和流体动力特性。     

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。     

潜射导弹出筒过程的三维非定常数值模拟研究

潜射导弹出筒过程的研究对其水弹道以及水下动载荷的计算具有重要的意义。本文采用多相流模型和动网格技术,求解非定常雷诺平均NS方程,对考虑潜艇平动影响的导弹冷弹射出筒过程进行了三维非定常数值模拟。三维数值模拟体现出筒口效应、发射气团现象等经典实验现象与实验符合较好,说明本文方法能够有效地揭示导弹出筒过程中多相流体间的相互作用以及相应的流体动力特性,通过分析这些现象中导弹所受冲击的形成机理,为工程应用提供有意义的参考。     

水下超声速燃气射流动力学特性研究

该文研究水下超声速喷管燃气射流动力学特性.采用基于均质平衡流的mixture多相流模型和标准湍流模式,运用有限体积法和SIMPLE算法,求解了不同工况下的二维水下燃气射流的湍流流动.考虑了流体的可压缩性、黏性、重力作用、气水掺混效应和能量交换等复杂因素.通过对不同扩张比、不同水深和不同来流情况下喷管射流流场的数值计算结果的比较与分析,发现在环境背压较大的情况下,大扩张比喷管燃气射流会产生颈缩、断裂和回击现象;而小扩张比喷管和有来流情况下,喷管燃气射流形态较稳定.     

刘家峡洮河口排沙洞水下岩塞爆通后多相流运动数值模拟

泥沙淤积严重的水电站增建排沙洞,进水口多采用水下岩塞爆破方案.厚淤泥层的存在对岩塞口爆破会带来不利影响;在排沙洞运行过程中,若渣块进入洞内,也会影响排沙洞的正常运行,成为工程隐患.本文以刘家峡排沙洞岩塞口区及排沙洞为研究对象,采用Euler多相流模型,建立三维排沙洞水沙非恒定多相流计算模型,模拟正常蓄水位、淤泥层不同颗粒组成等条件下,排沙洞水下岩塞爆破后排沙洞中多相流运动过程,为排沙洞水下岩塞爆破方案设计提供参考.     

广东省水文局佛山水文分局技术创新成果获国家专利

<正>近日,由广东省水文局佛山水文分局开发的"通过无线传输水下地形地貌流场流态实现远程监测的系统"和"无线传输地形地貌流场流态实现远程监测的方法及系统",分别获得国家知识产权局颁发的实用新型专利(专利号201220648522.9)和发明专利(专利号201210502703.5)。无线传输水下地形地貌流场流态远程监测系统能够将实时监测水下地形地貌、流速流场等     

温度对液氢绕水翼非定常空泡流影响的数值研究

该文基于均质多相流理论,采用RNG k-模型和修正系数Zwart空化模型对液氢绕NACA0015水翼非定常空化流动进行数值模拟。模拟了非定常空泡云的生长、断裂、涡状空化团脱落和破裂的周期性过程,模拟中考虑了热力学效应,并分析了温度对空泡流场特性的影响。研究结果表明:在相同空化数和来流速度下,空泡周期随温度增高而变长,升、阻力系数的波动周期随温度增高而增加,但其时均值的随温度增高而减小。     

牡佳线铁路桥流场数值模拟研究

桥墩附近复杂的三维紊流流场是桥墩冲刷受损的重要原因,牡佳线上铁路桥位于九龙水库下游300m,受水库溢洪道泄流的影响,铁路桥附近流态更为复杂,桥墩和边坡存在安全问题。文章基于流体计算软件Fluent,建立铁路桥真实三维模型,运用标准k-ε紊流模型、PISO算法和VOF多相流方法,对铁路桥附近流场进行数值模拟。分析特定水位下,铁路桥的实际过流能力、桥墩附近水面线、典型断面流速等流场要素和各桥墩所受的阻力,判断渠化水流对铁路桥的影响,提出需要特别加固的桥墩,对同类工程具有一定的参考意义。     

楔形体底升角对入水多相界面演化作用研究

跨介质入水是一个具有强非线性的多相流动问题，涉及到入水冲击、流动形成和空泡演化等多个方面。入水空泡的存在对物体的冲击载荷特性和运动特征有重要影响，同时入水空泡的发展受物体的几何构型及入水速度等多种因素影响。结合光滑粒子流体动力学(SPH)方法在处理大变形和运动界面问题上的优势，考虑空气在入水过程中的影响，建立了适用于跨介质流固耦合问题的多相流SPH模型。选取楔形体入水算例为研究对象，对数值模型进行了验证，模拟了多相流场下的空泡发展过程，并分析了结构几何形状对入水冲击的影响，结果表明楔形体底升角对空泡形态和闭合特性有重要影响。     

丁坝绕流流场及局部冲刷三维数值模拟研究

精确模拟丁坝附近流场信息,预测冲刷形态对丁坝的设计和安全运行具有重要的意义。本文采用一种基于多相流模式的悬移质输沙与传统推移质输沙相结合的模型模拟丁坝局部流场与冲刷过程,而河床变形则通过填充层体积份数的变化来模拟,VOF法处理自由面。泥沙冲刷侵蚀模型主要分为三个模块:悬移质漂流模块、泥沙挟带模块以及推移质输运模块,通过模拟在水流作用下的泥沙运动来预测泥沙侵蚀、对流扩散以及沉积等过程,同时考虑床面坡度对泥沙输运以及临界希尔兹数的影响。模拟得到了丁坝附近局部流场、地形冲淤变化以及冲刷坑形态等,并把计算结果与试验资料进行了对比分析,二者吻合较好,证明该模型能够很好地反映丁坝附近流场信息和床面变形特征。     

含收缩段明渠流的三维k-omega SST模拟

基于k-omega SST模型、结合多相流模型及流体体积自由水面捕捉技术对含收缩段的明渠流进行了三维数值模拟。模拟所得的不同位置处的流速纵向分布曲线与实验数据基本吻合,验证了该模型在含收缩段明渠流预测中的适用性。此外,利用该方法对流场的自由水面线、竖直流速分量、压力分布、水平流场等特性进行了分析与总结,并探讨可能的简化研究方法。     

深水明渠附着水下空间体的水动力特性与体型优化

大型长距离输水明渠边坡衬砌破坏后,受供水保证率制约通常只能不停水修复,而现有施工技术在深水渠道中难以使用,寻找快速环保地进行明渠不停水修复已成为亟待解决的重大技术难题。突破传统施工围堰概念,提出使用"水下无底拱穹结构"作为大型明渠不停水修复的施工平台。以南水北调中线干渠某渠段为例,采用数值模拟与物理模型验证相结合的方法,开展了空间体的水动力特性及体型优化研究。首先基于水下空间体的构造与选定的约束条件,利用Rhion和Flow 3D软件搭建了研究渠段的三维水动力学模型;分别对设计的三种体型水下空间体进行了水动力数模计算,分析了渠道流态与流场、断面流速分布、回流强度、壅水及阻力损失等水力要素的特征,计算了空间体的绕流阻力,对比总结了三种体型空间体的水动力学特征。结果表明,半椭圆形水下空间体绕流阻力较小,对渠道过流能力影响最小,可考虑作为水下空间体的应用选型。本文的研究为渠道内快速开展不停水维修提供了新思路与技术参考。     

加压液化输沙技术运用于“浑水水力分离清水装置”的数学模型选择

该文运用FLUENT软件,分别采用RNG k-ε紊流模型和RSM模型,使用多相流混合物计算模型对加压液化渗水孔作用于浑水水力分离清水装置的水沙两相三维流场进行了数值模拟。经计算得出了不同计算模型计算结果,与物理模型实验结果进行对比。通过对比分析,得出RNG k-ε模型能够较好的预报内部流场。研究成果为后期使用数值模拟的研究方法,完善加压液化输沙技术的结构参数提供了理论依据。     

流对浅水波在缓变地形上传播的影响

孤立波在缓变地形上传播,将发生折射。在这一过程中加入流的影响将使传播过程更加复杂。本文采用有流影响的变系数二维KdV方程来描述这一现象。通过数值计算,文中给出了孤立波在斜坡海岸、水下圆岛等两种地形上有流及无流情况下,和旋涡流场中的折射的时间历程。并讨论了流对孤立波分裂、折射及传播速度的影响。     

基于改进C-S模型的水润滑轴承湍流流场计算方法

针对C-S湍流模型中存在对压力梯度影响考虑不够充分、只适用于以速度流动为主的动压轴承流场计算、不适于Couette流和Poiseuille流动共同作用的水润滑轴承湍流流场计算等方面的不足,该文在关于压力梯度影响方面的已有试验研究成果的基础上,对C-S模型进行了改进,充分计入压力梯度的影响,使模型更为完善.文中采用免疫粒子群算法进行数值求解.为了提高计算精度与计算效率,进行粒子群的初始化,合理确定根据改进模型得出的解析形式近似解,使其位置能充分接近精确解,从而有效减少迭代计算量.在迭代过程中,对求解变量及方程特点进行分析并采用针对性的不同变异方法加快其迭代速度.并将该文理论计算值与已有的湍流工况下轴承流场的实验结果进行了对比,发现二者之间具有较好的一致性,故该方法可用于计算分析Couette流与Poiseuille流共同作用的复杂湍流流场.     

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。     

基于立面二维水动力-水温耦合模型的水库水温分布

建立了考虑浮力影响的立面二维水动力-水温耦合数学模型,对温差异重流进行了研究,分析了浮力流的水流结构和温度分层的形成、发展过程,利用水库物理模型的试验数据对模型进行了验证,再将该模型应用于一拟建水库,模拟预测了该水库建成后夏季典型条件下库区的流场及温度场分布,研究了不同高程放流洞放水对库区流场、温度场及下泄水温的影响。     

水中结构物附近三维爆炸气泡的数值模拟

该文阐述水下爆炸结构物附近三维非对称气泡运动的计算模型,基于势流理论采用边界积分法求解拉普拉斯方程。通过与参考文献实验的比较,验证了计算模型的正确性。最后以椭球形结构物下方爆炸气泡为算例进行详细的数值模拟和分析,获得气泡运动规律、流场压强变化,结构物危险载荷及其分布情况,旨在为工程领域水下爆炸气泡运动规律探索以及结构物的破坏机理研究提供参考。     

分层流中涡对演化特性数值研究

该文采用基于RANS方程及多相流理论的分层流数值模拟方法,以点涡对为数学模型,对水下涡对在诱导速度的作用下向自由面运动演化的情况进行了模拟,并分析了分层流形式及分层密度梯度对旋涡传播演化特性的影响规律。     

高海拔因素对大型泄洪洞水力特性及通风补气影响数值模拟研究

为了保证泄洪安全，大型泄洪洞通常设置掺气减蚀设施和通风补气系统。随着海拔高度增加，大气压、大气密度将会显著降低，这些变化可能会对泄洪洞水流流态和通风补气造成不利影响。在考虑高海拔因素的前提下，采用RNGk-ε紊流模型和Mixture多相流模型对某大型泄洪洞的水气两相流场进行了数值模拟。研究发现：随着海拔高度增加，泄洪洞内的水流运动特性不受影响，但水流空化数显著减小，增加了空化空蚀风险；通风补气系统内的气流体积流量基本维持恒定，但质量流量会因为大气密度的减小而减小。在高海拔地区建设大型泄洪洞，建议按水流空化数设计掺气设施，并适当放大补气通道的尺寸以控制风速，以免产生有害噪声。