船舶尾流散射光信号及一维离散小波分析

用自行设计的测试系统测量了不同航速下船舶尾流的散射光信号,并选用一维离散小波Dmeyer小波对散射光信号进行了5层小波分析.测量和分析结果表明,随着航速增大,船舶尾流散射光照度减小,尾流气泡幕逐渐增强,气泡幕中气泡密度、气泡运动规律、不同直径气泡分布均随之变化.气泡幕的增强可能存在饱和度,在航速增大到一定值时,气泡幕会达到一稳定的密度分布.从小波分析得到的第五层逼近信号来看,不同航速下主峰位置、主峰个数以及峰值差均不同,不同航速下散射光细节信号的第一层均具有一定周期性,航速10 km/h时表现出完美的周期性,出现类似于同方向不同频率简谐振动叠加而出现“拍”的现象.     

H2D+与固体的相互作用及H2D+的结构测量

报道了分子离子H₂D⁺与超薄固体膜相互作用的实验研究.阐述了H₂D⁺对天体物理等领域的重要性,简述了近几年针对H₂D⁺的研究,分析了在实验室条件下H₂D⁺的形成机理,给出了其与固体膜相互作用产生库仑爆炸的能谱.进行了辅助实验,使D₂⁺与相同固体膜发生作用,并利用这个结果和其他分析与处理方法,将H₂D⁺的D⁺能谱中D₂⁺计数部分做了去除.实验再次证实了分子离子与固体相互作用时尾流效应的存在,采用三体尾流效应对比的方法最终确定了H₂D⁺结构形状和键长.对H₂D⁺库仑爆炸后的较重离子尾流谱形状的反常现象做了讨论和分析.     

舰船尾流气泡后向光学检测方法研究

为探索舰船尾流后向光学检测方法,研究了尾流气泡对水中激光脉冲后向散射特性的影响。首先基于Fournier Forand 体积散射函数,利用蒙特卡罗(Monte-Carlo)方法理论分析了近距离尾流气泡对激光脉冲后向散射特性的影响。然后,采用蓝绿激光脉冲作为光源,实验研究了模拟尾流气泡对激光脉冲后向散射信号的影响。研究表明,尾流气泡的存在会使得激光脉冲后向散射信号前沿位置在时域左移,后沿位置在时域右移,信号时域宽度增加,能量增强,峰值增大且位置在时域左移。最后根据研究结果提出了一种基于激光脉冲后向散射信号特征变化的舰船尾流气泡后向检测方法。     

桨-舵间距和雷诺数对潜艇尾部伴流场均匀性的影响研究

采用Realized k-ε湍流模型求解Reynolds平均Navier-Stokes方程,对SUBOFF全附体模型在低雷诺数和高雷诺数条件下的三维粘性流场分别进行了数值模拟,研究了桨-舵间距以及雷诺数对螺旋桨盘面伴流场的影响.计算结果表明:适当的加大桨-舵间距对提高潜艇尾流场的均匀性有显著的效果;桨-舵间距对潜艇桨盘面伴流场均匀性的影响在潜艇的低雷诺数状态和高雷诺数状态具有同样的规律.     

非定常空泡闭合区域最大压力的理论研究

当物体在流体中高速运动产生空泡时,空泡通常以回射流的形式闭合在物体表面上,并在闭合位置对物体表面产生流体超压. 在物体表面上的空泡闭合位置一般不是固定的,其位置根据物体运动速度的变化、空泡压力的变化及重力场中的位置等因素而在物体表面发 生快速移动,在非对称情况下,这种移动超压会极大影响运动物体的稳定性. 基于势流理论研究了重力场中非定常垂直空泡闭合区域中最大压力的存在位置,推导了最大压力的理论公式,揭示了最大压力与空泡发 展速度之间的关系,证明了最大压力点的两个特殊流体性质. 最后设计了测量空泡闭合区域最大压力的验证性试验,并将理论计算结果与试 验测量结果进行了对比,验证了理论研究结果.     

应用于水下能分辨粒径10 μm～500 μm尾流气泡的成像系统

针对尾流气泡成像存在的难点,采用片光源切片扫描与高速摄影相结合的技术手段,研制了一套水下激光成像系统。该系统采用激光片光照明,避免了尾流区气泡图像层叠;设计了3组倍率可切换镜头,实现了对大动态范围（10 m～500 m）粒径小气泡的成像;将镜头分成前后组,以平行光中继,通过片光与前镜组的同步移动,可实现尾流区一定体积内气泡图像的采样,同时还能保证扫描过程中始终成像清晰。此系统通过在海域进行试验,放置深度为5 m,气泡由目标船产生,产生气泡粒径范围10 m～2 000 m,结果表明,系统成像效果良好,满足项目技术要求。     

Investigation of scale effect for the computation of turbulent flow around a circular cylinder

In order to investigate the scale effect of turbulent flow around a circular cylinder, two similarity numbers （criteria） based on turbulent kinetic and dissipation rates associ- ated with the fluctuation characteristics of turbulence wake are deduced by analyzing the Reynolds averaged NavierStokes equations （RANS）. The RNG k-s models and finite volume method are used to solve the governing equations and the second-order implicit time and upwind space discretization algorithms are used to discrete the governing equations. A numerical computation of flow parameters around a two-dimensional circular cylinder with Reynolds numbers ranging from 102 to l07 is accomplished and the result indicates that the fluctuation of turbulence flow along the center line in the wake of circular cylinder can never be changed with increasing Reynolds numbers when Re ≥ 3 × 10^6. This conclusion is useful for controlling the scale of numerical calculations and for applying model test data to engineering practice.     

钝体尾流控制机理及方法研究进展

首先从涡脱落生成理论出发对钝体尾流控制方法进行了分类,并简单介绍了国内尾流控制研究情况. 之后介绍了我们用窄条或小方柱取代小圆柱后,对Strykowsky和Sreenivasan 控制方法的改进及其在高雷诺数下对圆柱和方柱尾流涡脱落的有效抑制情况, 并探讨了控制件钝度对抑制效果的影响.第3部分用实验数据对各个涡脱落生成模型做了分析与检验, 指出控制件方法的机理与改变钝体分离位置、减小钝体背压吸力、改变流动的展向相关性、 防止钝体两侧剪切层相互作用等无关,而与钝体近尾流速度剖面的局部修正及其稳定性的改变有关. 最后简单介绍了控制件方法今后研究工作展望及其工程应用前景.     

二维水翼的局部空泡流研究

运用基于速度势的低阶边界积分方法研究了二维水翼的定常局部空化。通过迭代求解给定了空化数的空泡长度和空泡形状,运动学和动力学边界条件在迭代过程中满足;采用回射流模型和压力恢复闭合模型代替空泡后的高湍流度的二相尾流。计算结果和已发表的数值结果进行了比较。     

上游静止方柱尾流对下游方柱体尾激振动效应影响

基于半隐式特征线分裂算子有限元法,对低雷诺数下串列布置上游静止方柱--下游双自由度运动方柱体结构的尾激振动问题进行了研究.首先与现有文献结果进行对比验证该方法的正确性.然后着重分析了雷诺数($Re$)与折减速度$(U_{\rm r})$两个关键参数对下游方柱尾激振动响应的影响,同时将计算结果与单方柱工况进行了对比. 数值计算结果表明,雷诺数和折减速度对下游方柱的振幅、振动频率和运动轨迹等动力响应特性的影响较大.随着雷诺数的增大,双柱系统的互扰效应从以涡激效应为主逐渐转变为尾激效应发挥主导作用,从而导致下游方柱的振动响应增强.单方柱工况结构运动轨迹均呈"8"字形. 然而,下游方柱的运动轨迹会随着雷诺数的增加而变得复杂.雷诺数较小时($Re\!=\!40$, 80),下游方柱的运动轨迹基本为"8"字形. 雷诺数较大时($Re\!=\!120$, 160,200), 下游方柱的运动轨迹会出现双"8"字形. 同时,下游方柱的尾流场特性主要呈现2S, 2S*, 2P, 2T, P+S和稳态6种模式.最后, 通过对流场特性进行分析,揭示了串列双方柱系统尾激振动效应的作用机理.