波流混合下铰接式波浪能装置工作特性研究

波流混合后的波流场对波浪能装置的浮体运动和波能俘获具有不可忽视的影响。本文以多浮体铰接式波浪能装置为研究对象,建立三维数值波流水槽对装置的工作性能进行数值仿真研究。结果表明,流对装置浮体的纵摇周期、幅值及运动等影响显著。随着流速的增加,浮体运动周期减小,浮体纵摇和PTO转换功率曲线最大值均出现在浮体共振处。但当浮体固有纵摇周期小于波浪周期时,曲线呈现双峰特征,次高峰值出现在逆向流工况的纵摇幅值最大处。     

基于DualSPHysics的数值波浪水槽研究

为更好地研究强非线性波浪问题(波浪翻卷、破碎及其与结构物相互作用等),基于DualSPHysics开源平台进行二次开发,采用SPH方法建立了二维数值波浪水槽。运用强制修正粒子加速度的方法实现阻尼消波功能,通过监测推波板前水位变化并实时修正造波信号实现了主动式消波功能,并对消波模块的阻尼消波性能和主动式消波性能进行了详细测试。结果表明,新型阻尼消波层的长度控制在1~2/3倍波长内即可形成可靠的开放式边界,主动式消波功能可将70%以上的能量反射波吸收。     

波流共同作用下潜丁坝受力情况的二维数值研究

本文基于N—S方程建立二维波浪水流数学模型.结合长江南京以下12.5米深水航道建设工程一期工程,运用数学模型对两种不同形式的混合式潜丁坝结构进行数值计算,得到了在波流共同作用的结构物受力情况,并将计算结果进行对比分析.     

满足自由水面的水槽格林函数的研究

研究满足自由水面的水槽格林函数的两种数值计算方法,一是Linton提出的快速收敛数值计算算法,二是对John提出的开阔海域中格林函数关于水槽两侧壁作镜像的数值计算方法。研究表明,Linton提出的快速收敛数值计算算法在特定情况下不适用,因此建议采用镜像格林函数来计算常水深和常宽度水槽中波浪对结构的作用问题。     

采用THOBEM方法研究波流与结构物相互作用的数值模拟(英文)

To study wave-current actions on 3-D bodies a time-domain numerical model was established using a higher-order boundary element method (HOBEM). By assuming small flow velocities, the velocity potential could be expressed for linear and higher order components by perturbation expansion. A 4th-order Runge-Kutta method was applied for time marching. An artificial damping layer was adopted at the outer zone of the free surface mesh to dissipate scattering waves. Validation of the numerical method was carried out on run-up, wave exciting forces, and mean drift forces for wave-currents acting on a bottom-mounted vertical cylinder. The results were in close agreement with the results of a frequency-domain method and a published time-domain method. The model was then applied to compute wave-current forces and run-up on a Seastar mini tension-leg platform.     

数值波浪水槽末段孔隙结构消波性能的研究

基于Flow3D有限差分求解程序建立数值波浪水槽模型,造波段采用线性波浪理论生成周期表面波,末段采用沿水槽纵轴方向具有渐变垂向孔隙率的孔隙结构以消除反射波,研究结果表明该孔隙结构对规则波具有良好而稳定的消波效果。通过"三点法"入、反射波分离程序求解波浪的反射系数,探讨各方向孔隙率、消波段末端孔隙模块的垂向孔隙率、孔隙结构等分份数、消波装置的总长度等因素对消波性能的影响,寻求消波性能最佳的参数组合。     

水槽结构对水润滑尾轴承润滑性能的影响研究

水槽结构对船舶水润滑尾轴承使用性能有着重要的影响。本文基于数值分析方法,应用MATLAB软件就水槽数量、布置对轴承承载能力、摩擦系数的影响状况进行探讨。结果表明:水槽越宽,轴承的承载能力和摩擦系数就越小;同时,水槽在轴承圆周上的布置方式也是影响轴承性能的重要因素,当有水槽布置在尾轴正下方时,轴承的摩擦系数和承载能力均呈现下降趋势。     

基于数值水槽的半封闭港池水体交换能力研究

通过数值水槽研究了半封闭式港池水体交换问题,研究表明,当防波堤为实堤时,港池口门垂直于主流运动方向时,港池内水体交换能力较强。当考虑透水防波堤时,在平行主流方向的防波堤上增加透水堤,有利于提升港池内外水体交换效率。将数值水槽的研究成果应用于福建某渔港建设,成果得到了较好的检验。     

波流共同作用下的导流防沙堤优化布置试验研究

导流防沙堤的平面布置会直接影响沿海港口的港池、航道或者核(火)电厂取水明渠泥沙淤积的强度和范围.针对沙质海岸波流共同作用下的导流防沙堤平面优化布置问题,建议导流防沙堤的走向与强浪向反方向的夹角应该小于90°,以45°～60°为宜.辽宁红沿河核电厂取水口局部泥沙物理模型试验结果支持这一建议.     

层流状态下旋转圆柱绕流数值模拟研究（英文）

基于CFD方法对层流状态不同雷诺数下的旋转圆柱绕流进行数值模拟,分析在不同转速比α(0≤α≤8)下尾流涡流、升力系数、阻力系数和斯特劳哈尔数的特性。随着转速比的增大,发现五种尾流结构形态（漩涡脱落、稳定尾流、反向稳定尾流、单边涡和附着涡）。随着转速比的增大,平均升力系数先抛物线形式增大,然后线性增大,平均阻力系数减小,然后增大;斯特劳哈尔数随旋转比的增大而减小,且第二不稳定阶段的斯特劳哈尔数比第一不稳定阶段要小很多。随着雷诺数的增大,第一不稳定阶段的末尾向后移动,第二不稳定阶段的生成范围向前移动。     

海上浮式风机的动力学建模与响应分析（英文）

在恶劣的海洋环境下,浮式风机展现出复杂的动力特性。因此,对海上浮式风机的动力响应进行研究非常重要。本文基于有限元法与若丹速度变分原理,建立了浮式风机的刚-柔耦合动力学模型,依此编写了相应的数值计算程序并验证了程序的正确性。以安装在OC4半潜型浮式基础上的NREL-5MW水平轴风机为例,通过对比分析,研究了浮式基础的运动对风机动力特性的影响。结果表明,基础运动通过改变风机在风场中的位置与姿态对气动载荷与叶片变形产生影响。本文研究成果可以为海上浮式风机叶片设计提供一些合理建议。     

喷水推进轴流泵的水力设计与空化特性分析（英文）

基于先进的叶片设计方法,本文采用NREC软件对喷水推进轴流泵（包括一排动叶和一排静叶）进行模型设计,进而采用标准k-ε湍流模型和混合多相流模型对其空化特性进行数值模拟,并借助“Schnerr Sauer”空化模型来探究空化导致扬程下降的机理。结果表明,随着有效汽蚀余量的减小,空化首先发生在叶轮进口端附近,然后向叶轮出口端、轮毂及相邻叶片方向扩展,其水汽混合混乱,反向回流而产生旋涡。另外,本文还研究了与泵内流场非线性耦合的叶片几何参数（叶片安装角、叶片拱度和叶片厚度等）对空化的影响规律。结果表明,叶片安装角减小或叶片拱度增加,空化面积将随之减小,这提高了喷水推进泵的抗空化能力,而叶片厚度对其性能影响不大。     

双隔板矩形液舱内抑制晃荡的优化研究（英文）

A dual-baffled rectangular tank with different configurations is proposed to reduce the sloshing effect, and design optimization is conducted through numerical simulations with open-source software, namely Open FOAM, based on the computational fluid dynamic model. A series of physical experiments in the dual-baffled rectangular tank is performed for model validation and design optimization with the measured water surface elevation distributions along the tank. The optimization uses the calculate...     

点蚀损伤对疲劳裂纹扩展影响规律研究（英文）

基于扩展有限元方法和低周疲劳分析技术,针对带点蚀构件,探究点蚀形式和点蚀尺寸对疲劳裂纹扩展的影响规律,并提出锥形蚀坑构件的疲劳裂纹扩展寿命周期预测公式。结果表明：当蚀坑深度和半径相同时,锥形蚀坑构件的疲劳裂纹扩展寿命最短,锥形蚀坑与疲劳损伤耦合效应最大,是工程中最危险的点蚀形式;锥形蚀坑的半径和深度对裂纹扩展的影响具有交互性,深度是较为重要的耦合影响参数。     

基于MSC/NASTRAN的小水线面双体船结构优化设计研究

该文对NASTRAN的最新结构优化方法和结构优化流程作了介绍,阐述了NASTRAN一般结构优化的数学模型和拓扑优化的物理模型。以小水线面双体船的舱段模型为研究对象,首先以提高舱段结构的整体刚度为目标进行拓扑优化、形状优化和尺寸优化,进而结合工程适用性提出贴近优化结果的可行优化设计,最后通过有限元直接计算比较验证了优化方案相对常规设计的结构响应的改善。     

汇合涡流管节气门角度优化的试验研究和三维CFD分析（英文）

Seven adjustments of convergent-type Vortex Tube(VT) with different throttle angles were applied. The adjustments were made to analyze the influences of such angles on cold and hot temperature drops as well as flow structures inside the VTs. An experimental setup was designed, and tests were performed on different convergent VT configurations at injection pressures ranging from 0.45 to 0.65 MPa. The angles of the throttle valve were arranged between 30° to 90°, and the numbers of injection nozzles ranged between 2 and 6. Laboratory results indicated that the maximum hot and cold temperature drops ranged from 23.24 to 35 K and from 22.87 to 32.88 K, respectively, at four injection nozzles. Results also showed that temperature drop is a function of hot throttle valve angle with the maximum hot and cold temperature drops depending on the angle applied. We used graphs to demonstrate the changes in the cold and hot temperature drops with respect to hot throttle angle values. These values were interpreted and evaluated to determine the optimum angle, which was 60°. The CFD outputs agreed very well with the laboratory results. The proposed CFD results can help future researchers gain good insights into the complicated separation process taking place inside the VTs.     

基于纵倾优化的油船节能研究

以成品油船的阻力性能为优化指标,根据船体型线图,采用CATIA及ICEM软件,建立三维模型及计算域,划分结构性网格;采用计算流体力学软件(Fluent)计算目标船在变纵倾状态和吃水下的阻力值,并与船模拖曳试验相比较,分析纵倾变化对船舶阻力性能的影响规律。结果表明:该方法可以确定船舶在不同吃水下的最优纵倾值,并为船舶的实际运营提供建议,从而提高船舶的节能减排率,为发展绿色船舶提供新方向。     

基于纵倾优化的油船节能研究

以成品油船的阻力性能为优化指标,根据船体型线图,采用CATIA及ICEM软件,建立三维模型及计算域,划分结构性网格;采用计算流体力学软件(Fluent)计算目标船在变纵倾状态和吃水下的阻力值,并与船模拖曳试验相比较,分析纵倾变化对船舶阻力性能的影响规律.结果表明:该方法可以确定船舶在不同吃水下的最优纵倾值,并为船舶的实际运营提供建议,从而提高船舶的节能减排率,为发展绿色船舶提供新方向.     

水下结构物舱壁振动控制的结构参数优化研究

舱壁结构参数选择对舱壁振动性能有直接影响。为减小舱壁振动,采用有限元法,选择舱壁板厚度、加强筋数量、加强筋截面大小为变化的结构参数,分析振动随激振力频率、激振力作用方向、舱壁结构参数的变化规律,得到在动载荷作用下,舱壁振动的均方法向速度频响曲线,并以此为依据,设计了潜艇舱壁的结构形式和结构参数。优化的结果可以为舱壁结构参数选择提供理论依据。     

基于遗传算法的滩海路路面结构优化设计研究

滩海路是为了开发丰富的滩海石油资源而修筑的联系陆地与人工岛的纽带。浅海滩涂地带受潮汐影响，水陆界伸缩很大，这就造成了滩海路建设具有费用高、风险大、工期长、维修费用高的特点。近年来，滩海路出现了漫水路的结构型式，其路堤高程较低，路面允许潮水淹没和通过，潮水过后可恢复通车使用。路面结构是构成滩海路堤工程建设总费用的重要部分，其合理确定对于降低工程建设总费用、确保工程建设质量都是至关重要的。文章以遗传算法作为基本数学工具，结合全寿命周期成本理论，建立了滩海路路面结构优化设计模型，并对渤海海域某工程地的滩海路路面进行优化设计，同原设计比较表明：利用该方法具有优越性，可以节省工程建设资金。