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1.
从三维边界元方法出发,基于Wagner的自由液面抬升理论,采用数值仿真的方法研究了圆球入水的问题。通过数值模拟与轴对称体入水试验结果的正确性及适用性进行验证的基础上,并分析了不同半径的球体在不同速度下的入水总体受力和表面压力的变化规律。计算结果表明随着球体半径和入水速度的增加,峰值压力迅速增加,受力峰值与球体半径的平方和入水速度平方成正比关系;球体表面压力系数的分布计算结果表明,在测试点与水开始接触时压力系数最大,然后迅速减小;压力系数和入水速度无关,但和入水深度相关。 相似文献
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为了研究高速射弹小角度入水空泡发展与弹道特性，开展了入水角度为 20°时的高速入水试验研究。高速射弹由空气炮加速获得入水初速，利用高速摄像实现对入水空泡形态的记录，由内测单元记录射弹入水过程的运动参数。试验发现入水初期形成了光滑透明的空泡，射弹以超空泡状态近直线弹道运动；由于横滚角速度和俯仰角速度的存在，射弹入水后形成了尾拍+旋转滑水耦合运动特征。基于 VOF 多相流模型和空化模型，结合动网格技术，对试验工况进行数值仿真。结果表明：仿真获得的空泡形态、弹道特性与试验结果吻合度高，该方法可有效预报入水弹道。 相似文献
3.
物体入水时波浪的影响不可忽略,基于流体力学模型采用VOF法,并利用自定义函数,模拟了楔形体的自由入水过程;同时结合推波板原理及海绵层消波理论实现了数值水槽的造消波,完成了波浪中楔形体自由入水的模拟,计算了楔形体入水时所受的水作用力、自由液面变化及物面压强分布等,研究了不同波高、周期以及在波浪不同位置入水时对楔形体的影响。结果表明:本文建立的数值模型可很好地模拟楔形体入水造成的射流及空泡的形成发展过程,波浪对楔形体入水的影响主要由波浪内部流场变化及表面波形决定,在波浪不同位置处入水对楔形体受力及入水形态均有较大影响。 相似文献
4.
本文提出了一个生成自由面的三维船体贴体网格的数值方法。文中以静水面以上的船体型线作为描述非定常自由面的计算网格域，进一步完善了我们以往开发的无法考虑兴波与静水面以上的船体型线相互作用对船舶粘性流动影响的网格生成方法。静水面以上的初始自由面网格分别沿船面法线η及切线ζ方向的曲线长的指数进行分布，即可极方便地调节自由面在船面及静水面附近的网格间距，也保证了在数值离散三维Ｐｏｉｓｓｏｎ方程时具有相当好的收敛性。这种方法的特点是计算量相当小，尤其能极方便地控制网格在船面簿粘性层中及静水面附近的分布。以Ｓｅｒｉｅｓ６０船模作为计算算例，带自由面的网格分布是相当满意的 相似文献
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再谈海冰边缘区域中尺度涡旋形成机制——非线性平流 总被引：1，自引：1，他引：0
利用三维海洋模式与二维海冰模式耦合,研究海冰边缘区域中尺度涡旋形成最重要的机制之一——非线性平流机制。二维海洋模型模拟结果表明,非线性平流机制在水深比较浅的时候更加重要。不同于把海洋考虑成一个正压流体的二维模型,三维海洋模型中海冰通过海-冰相互作用直接影响海洋表层。我们发现在三维海洋模型实验中,中尺度涡旋和海洋表面抬升都对水深变化敏感。海流速度的垂直结构表面,当海水变浅,各层海流都变得更快。相同风应力作用相同时间之后,表面抬升与海水深度成反比关系。同时我们还发现由于垂直运动,在三维海洋模型实验结果中,海面抬升非常小,只有二维海洋模型实验结果的1%。垂直运动是三维海洋模型和二维海洋模型实验结果不同的根本原因。 相似文献
6.
三自由度晃荡模拟装置及其模态分析 总被引：1，自引：0，他引：1
晃荡现象是海洋工程和船舶设计中值得关注的问题,它涉及到自由液面大幅度运动的一系列非线性问题,很难获得一个完全的理论解,相应的试验是主要方法,本文介绍三个自由度的模拟装置,并运用ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ软件对该装置进行了结构有限元分析,重点在于模态分析。 相似文献
7.
浮筒被广泛应用在海洋工程中,研究浮筒的涡激运动对于减少其对海洋平台构件的疲劳损坏具有指导意义。传统的动网格方法在处理浮筒转动运动时会因网格变形过大导致计算不收敛,采用了重叠网格方法以解决这一问题。数值试验采用了基于开源工具包Open FOAM自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器。分别进行了自由衰减数值试验和涡激运动数值试验。研究表明,随着折合速度的增加,浮筒的顺流向、横流向、垂荡和艏摇运动频率增加,且顺流向与垂荡频率相近,横流向与艏摇频率相近;其次,根据涡量场分布,表明浮筒前一时刻的泻涡会影响到浮筒之后时刻的周向涡量分布;最后,研究发现自由端对于浮筒尾流场泻涡有着显著影响,为将来探究减少浮筒涡激运动的方法提供指导。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2016,(12)
以Navier-Stokes方程为控制方程,使用VOF方法追踪自由液面,由连续性方程和动量方程推导出源函数。基于非线性波浪理论和UDF对FLUENT进行二次开发,在数值水槽的各个功能区将不同的源项添加到动量方程中,实现动量源造波和消波的功能。此法可以有效地消除波浪在水槽出流边界的反射及波浪遇到结构物后在入射边界形成的二次反射,从而得到稳定的波动场。本文将这种方法应用于直墙防波堤上波浪压力的数值模拟,分析了造波和消波的有效性,对直立式防波堤波浪力进行了数值研究。为了得到更精确的结果,采用结构化网格和非结构化网格相结合,在直墙防波堤附近使用三角形网格,在其他区域使用四边形结构化网格,为了较好地捕捉自由液面,在液面上下一个波高的范围内对网格进行加密。将计算结果与二阶stokes波理论解进行对比,该方法计算结果与理论解一致,表明该方法能够产生历时较长的稳定的非线性规则波浪,能够很好地吸收波浪遇到建筑物产生的反射波,可以有效消除建筑物反射波的影响,为实际工程方案的设计提供参考,有较高的实用价值。通过计算得到极端高水位,设计高水位,设计低水位时候的各个测点的最大正向波压力和最大负向波压力,并将计算结果与物理模型试验数据和经验公式结果进行对比,结果吻合较好。并且由于该数值方法可以考虑防波堤迎浪面不同倾角的工况,其适应范围比经验公式范围更广,因此可以为海岸结构设计提供依据。 相似文献
9.
基于推板造波理论和摇板造波理论,在Open FOAM平台上采用重叠网格技术建立黏性数值波浪水槽,并使用一种结合SIMPLE算法和PISO算法的PIMPLE算法对数值模型进行求解。利用开发的数值模型通过数值收敛性测试和网格独立性测试分别重点研究了时间步长、库朗数和网格尺寸对数值精度和计算效率的影响。并对比研究了此数值模型分别嵌入层流模型和湍流模型的计算精度和计算效率。实现的规则波和二阶有限振幅波与理论结果和试验结果吻合,验证了此黏性数值波浪水槽的造波和主动消波功能。基于二维数值波浪水槽,进一步研究了三维数值造波,数值计算结果与理论结果吻合良好。研究结果不仅验证了重叠网格在二维和三维两相流体域中求解运动物体与流场交互的可靠性和正确性,而且为使用此黏性数值波浪水槽解决更复杂的海洋工程问题提供了依据。 相似文献
10.
《海洋预报》2016,(1)
基于一套自主研制的无结构网格二维河口海洋数值模式A2D,在大圆湖理想模型下,通过与解析解进行比较分析,采用不同架构配置,改进设计正压梯度力计算方法。改进后的算法中引入了从算架构的配置,以配合主算架构,得到更佳的稳定性。通过水位场平面分布与单点过程线可以发现,三组试验的算法均获得了较好的精度和比原算法更好的稳定性,其中TSNS配置算法(中心点计算水位、边中点计算流速的主算架构,配合节点计算水位、边中点计算流速的从算架构)由于其主算架构更接近结构网格下的C网格,在守恒性、移动潮滩边界处理等方面具有一定优势和便利性,有利于在实际海洋中的计算。将TSNS配置算法在江浙沿海进行试算,水位验证结果与实测基本符合,与原A2D模式计算水位之间无显著差异。TSNS算法在稳定性方面的改进,有助于提升模式升级为三维后的稳定性,为今后模式成功升级为三维打下基础。 相似文献
11.
利用 Lagrange 结构网格和 Euler 流场网格(L/E)耦合的建模方法，建立了尖头回转体和前伸空化回转体高速自旋 45°角斜 400 m/s 速度入水仿真模型。通过对比 2 种回转体入水后质心弹道轨迹和攻角变化可以发现，高速自旋的尖头回转体入水后弹道发散明显，且发生姿态失稳；前伸空化回转体可以有效减少入水后的弹道发散，入水 4 m 后仍能保持较好的斜射姿态。研究结果表明：对于高速自旋入水工况，前伸空化回转体具有较高的入水弹道稳定性。 相似文献
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基于神经网络的平底结构砰击压力预报 总被引：1，自引：0，他引：1
对利用神经网络预报平底结构入水砰击压力的方法进行了探讨。首先利用仿真软件计算各种情况下平底结构入水所产生的砰击压力，以此形成训练神经网络的数据集。其次利用数据集对三层反馈式网络进行了训练，讨论了不同隐含层节点数对该非线性系统的拟合能力，并且对梯度下降法、动量修正法和基于优化的LM算法的有效性和精度进行了比较，最后得出了适合平底结构入水砰击系统的网络结构。 相似文献
13.
基于CFD技术和重叠网格技术完成了黏性流场中KVLCC2船模的操纵性水动力导数的数值计算。为保证计算的精确性,进行了网格的收敛性分析,给出了合适的网格划分方法;通过数值模拟斜航运动、纯横荡运动和纯艏摇运动计算出的水动力与相应条件下的试验值对比,计算结果与试验值吻合良好,计算出的水动力导数准确度较高。基于MMG分离建模方法建立KVLCC2船模的操纵性数学模型,利用龙格-库塔算法求解微分方程组,对船舶操纵运动进行仿真。回转试验和Z形操舵试验的仿真结果与试验结果对比,其回转直径和轨迹都非常吻合,表明采用的船舶操纵性预报是可行的。 相似文献
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线圈释放式温、盐、深探头运动特性的数值计算方法研究 总被引：1，自引：1，他引：1
线圈释放式温、盐、深探头从空中定点投放，入水后测量海洋不同海水层面上的温度和盐度，因此必须知识探头各个时刻的入水距离，以与获得的温、盐数据对应。本文对其运动特性进行了数值计算，并在计算中考虑了探头质量和排水体积的变化。利用已有的形状完全相同但不释放线圈的探头实验资料，拟合出了探头在海水中的阻力系数与雷诺数的关系式。并且分析了探头入水瞬间速度损失的影响。 相似文献
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沿岸海域三维斜压场的数值模拟——Ⅰ、渤海潮流数值计算 总被引：1，自引：0，他引：1
本文建立了渤海海域三维斜压场潮流模型。该模型考虑了热、盐效应及密度的空间变化,引入了计算网格无法分辨的湍运动能量,并以M_2分潮为例进行了计算,与实测值比较,获得了比较满意的结果。并对潮致欧拉余流垂直分量的空间变化进行了探讨。 相似文献
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对于现代舰船而言噪声是其关键性能之一,目前水下航行体的流激噪声预测方法已经较为成熟,但是水面舰船的水动力噪声研究起步较晚,还没有形成系统的预报方法和控制手段。使用开源CFD工具包OpenFOAM求解器,流场通过大涡模拟方法求解,自由液面则依靠VOF方法捕捉,通过Curle方程预测远场噪声,基于镜像法考虑自由面的反射作用,数值模拟近自由面圆柱周围的声场分布。开展了Re=3 900下距离自由液面不同高度的圆柱辐射噪声求解,主要结合流场分析自由面对声场的扰动作用和不同深度对水下几何体流噪声的影响。初步考虑了自由液面波形对辐射噪声的反射作用,为后续预测水面舰船的水动力噪声特性提供依据,自由面对辐射噪声的阻抗等作用还需进一步研究。 相似文献
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改进的移动粒子半隐式法模拟楔形体入水砰击 总被引：1，自引：0，他引：1
移动粒子半隐式法(Moving-Particle Semi-Implicit Method,MPS)是一种新的基于拉格朗日(Lagrange)理念的无网格方法,适用于模拟自由液面的大变形和水流的喷射现象。用基于大涡模拟的改进MPS法首先模拟了矩形体的入水砰击,砰击压力的计算结果证明了这种方法的正确性,然后模拟了楔形体的匀速入水砰击,并与实验结果进行了对比,验证了大涡模拟改进MPS法在砰击问题中的适用性。 相似文献
18.
基于自研的HUST-Ship黏性流CFD求解器,提出了一种船舶耐波性数值试验水池参数化建模方法和网格生成技术。在自研的CFD软件平台中,根据波浪参数(规则波的波长、波高和不规则波的特征周期、有效波高)自动生成船舶耐波性数值试验水池。以结构化重叠网格技术为基础,分别对船舶与水池进行网格划分并进行网格的组装、重叠,实现船舶在耐波性数值试验水池中的数值“试验”,对船舶耐波性进行数值预报。根据波浪种类分为规则波数值试验水池与不规则波数值试验水池,可对各类波浪条件实现精确可靠的数值造波,模拟船舶在各种波浪环境中运动响应、耐波性事件与非线性运动特性。采用参数化建模方法生成的耐波性数值试验水池能够提高建模和网格生成效率,通过对国际标模进行数值预报并与船模试验结果对比,验证了参数化建模方法生成的耐波性数值试验水池对船舶在波浪中运动性能的计算精度。 相似文献
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海岸工程中实用三维流场数学模型研究 总被引：6，自引：0，他引：6
本文以完整的具有自由表面的三维非线性Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程组为基础方程，经垂向σ坐标变换后得到模型方程。采用有限差分法进行数值求解；垂向上等间距分层，使用隐式中心差分格式；水平方向上给出两套网格－正方网格和不规则三角形网格离散形式。 相似文献
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二维潮流计算中非结构有限体积法研究和应用 总被引：1，自引：0，他引：1
基于非结构网格有限体积法,通过引入弥散修正项和TVD高阶对流格式,形成高精度、守恒性好的非结构二维潮流有限体积算法.利用该算法对一维驻波理论算例进行了验证计算,并对长江口潮流情况进行了模拟.结果表明,模型能反映水流运动的基本规律,二维潮流场的模拟精度较高,能达到工程应用要求. 相似文献