复杂大气入流下海上风机力学特性研究

随着风能技术的不断进步, 风机叶片逐渐向大型化发展, 这使得真实复杂大气入流对风机运行性能的影响愈发显著. 为研究真实复杂大气入流下海上风机的力学特性响应, 利用基于大涡模拟的域前模拟方法生成复杂大气入流, 并结合致动线模型模拟风机叶片, 对中性复杂大气入流下海上固定式风机进行数值模拟, 重点分析风机的气动性能及转子和叶片根部的力学特性, 并与均匀入流计算工况进行对比. 计算结果表明, 中性复杂大气入流中的大尺度低速气流团使得风机气动功率输出值在较长一段时间处于较低水平, 此外, 中性复杂大气入流的高湍流强度特征使得风机气动功率的变化幅值和标准差较均匀入流工况大幅增加; 风机轴向推力的标准差值增加到均匀入流的53倍, 中性复杂大气入流的来流流场扰动引起偏航力矩的最大值、均方根和标准差分别增加到均匀入流的10、4.4和4.3倍; 速度垂向分布的不均匀性以及轮毂高度附近的大尺度低速羽流结构导致摆振剪力和弯矩的标准差响应值分别为均匀入流的2倍和4.6倍.      

用DES分离涡方法数值模拟串列双圆柱绕流问题

主要开发了SST-DES和SST-DDES两种分离涡方法,并集成到基于开源代码平台Open-FOAM开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU中.选用高Reynolds(雷诺)数下串列双圆柱绕流问题作为标准算例来验证所开发的分离涡方法.该标准算例此前在美国国家航空航天局兰利研究中心的两个不同风洞做过物理试验.该研究将数值模拟得到的时均流场信息和一些其他物理量同物理试验结果比较,同时讨论分析了三维瞬态流场结构.结果表明该文开发的SST-DES和SST-DDES分离涡方法能够解决高Reynolds数下有大量流动分离的复杂流动问题.     

MPS-FEM方法模拟弹性船体在规则波中的运动

船舶在海洋中航行时经常会受波浪的作用, 在波浪的作用下, 船体可能会发生六自由度的运动. 在船体运动幅度较小时, 可以简单地将船体运动视为刚体运动. 但当波浪环境较为剧烈、船体运动幅度较大时, 船体可能会发生变形, 此时船舶弹性的影响无法忽略. 因此, 研究弹性船体在波浪中的运动对船舶运动性能和航行安全具有重要的意义. 移动粒子半隐式方法MPS方法是一种基于拉格朗日方法表示的无网格粒子类方法, 该方法在模拟具有自由面大变形特征的问题时具有其独特的优势. 有限元方法FEM作为一种传统的并且已被广泛应用的结构求解方法, 具有很好的稳定性、准确性和鲁棒性. 本文将MPS方法与FEM方法二者的优势结合, 基于MPS-FEM耦合方法, 使用自主开发的MPSFEM-SJTU流固耦合求解器, 模拟刚性船体和弹性船体在规则波中的运动, 并分析船体的弹性对船体运动响应的影响. 首先模拟刚性船体在不同波长的规则波中的运动, 研究规则波波长对船体运动响应的影响. 接着分别模拟了刚性和弹性船体在规则波中的运动, 结果表明, 刚性船体的运动幅值大于弹性船体的运动幅值, 而弹性船体船舯附近的压力大于刚性船体.      

MPS -DEM 方法数值模拟超长管道固液混输流动

近些年来，深海矿产开发成为热点，其中涉及的固液混输问题逐渐引起学者的关注。如矿粒在海床上的输运，涉及水平管道的输运问题；矿粒从海床输运到海上浮式建筑物，涉及垂直管道的输运问题；矿粒在不同倾角管道内的输运，涉及倾斜管道的输运问题。对于该类问题，由于流体和固体之间的物理差异较大，对于固液两相往往采用不同的数值处理方法。本文使用MPS-DEM耦合方法模拟管道内的固液混输运动。用MPS方法模拟管道内流体的运动，用DEM方法追踪管道内颗粒的运动。在管道的进出口使用周期性边界条件，将多段管道之间进行拼接，从而实现了对超长管道内高雷诺数的颗粒输运现象的模拟。最后，分析管道颗粒和流场的速度及粒子分布等信息，分析流动特征。得到的结果会为超长管道内固液混输现象的研究提供一些借鉴意义及参考价值。