Interaction of viscous wakes with a free surface

The interaction of laminar wakes with.free-surface waves generated by a moving body beneath the surface of an incompressible viscous fluid of infinite depth was investigated analytically. The analysis was based on the steady Oseen equations for disturbed flows.The kinematic and dynamic boundary conditions were linearized for the small-amplitude free-surface waves. The effect of the moving body was mathematically modeled as an Oseenlet.The disturbed flow was regarded as the sum of an unbounded singular Oseen flow which represents the effect of the viscous wake and a bounded regular Oseen flow which represents the influence of the free surface. The exact solution for the free-surface waves was obtained by the method of integral transforms. The asymptotic representation with additive corrections for the free-surface waves was derived by means of Lighthill‘s two-stage scheme. The symmetric solution obtained shows that the amplitudes of the free-surface waves are exponentially damped by the presences of viscosity and submergence depth.     

舵几何特征对桨-舵系统尾流场演化的影响

发生在桨和舵之间的干扰会影响螺旋桨尾流的演化,导致尾流场中的湍流在下游增强,恶化船舶的振动和噪声性能,深入分析舵几何参数对桨-舵系统尾流场演化的影响能够为推进器尾流场的调节和减振降噪提供新思路.因此,从弦长、剖面和梯形舵入手分析不同的舵几何参数对螺旋桨尾流场演化特性的影响,使用大漩涡模拟方法模拟流场中的湍流结构,对不同舵弦长、剖面下的螺旋桨尾涡结构演化进行了分析,在舵弦长、剖面影响螺旋桨尾流场演化的研究的基础上分析了梯形舵对螺旋桨尾涡结构的影响,进一步分析了梯形舵影响下的螺旋桨尾流场中湍动能的分布.结果表明舵的弦长和剖面均会影响螺旋桨尾流场的演化,这种影响表现为更大的弦长和更厚的剖面会促进螺旋桨梢涡在舵压力面上的偏移,更薄的舵剖面会带来更强烈的螺旋桨毂涡偏移;涡管轮廓和舵表面脉动压力的对比均表明梯形舵会促进螺旋桨尾流场沿逆舵梯度方向偏移,从而导致螺旋桨的尾涡结构在舵两侧及下游呈现不对称分布,桨-舵系统下游的湍流结构与螺旋桨尾涡-舵碰撞过程、螺旋桨尾涡-舵随边涡干扰过程、螺旋桨梢涡-螺旋桨毂涡干扰有关,偏移更大的螺旋桨尾涡结构会在尾流场中更早地引起湍动能增强.     

安装高度对水平轴潮流能水轮机尾流特性的影响

为探究水轮机的安装高度对水轮机尾流场的影响,本文以水平轴潮流能水轮机为研究对象,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法对水轮机尾流特性进行分析.分别设置水轮机的中心距离海底高度为1.5D、2.0D、2.5D(D为水轮机直径),对水轮机尾流场的轴向、径向上的速度亏损以及涡量结构图进行分析.研究结果表明:安装高度为1.5D时,约在下游轴向位置X/D=15(X为轴向距离)处,梢涡与海底碰撞导致涡结构发生破损,这也使得该工况在下游X/D=15后的速度亏损明显大于安装高度2.0D和2.5D,而安装高度为2.0D和2.5D工况的速度变化基本一致.同时从3种工况不同轴向位置速度亏损图可以看出,从下游X/D=10开始,最大亏损速度均出现在中心轴线的位置.因此在考虑到对下游流场的影响和安装的成本时,建议安装高度为2.0D.