Spar平台浮力罐碰撞疲劳分析

采用数值方法给出浮力罐受碰撞载荷作用位置在不同参数下的应力范围,然后用线性累积损伤理论计算出碰撞位置的相应疲劳寿命.计算结果表明:增加浮力罐舱壁的厚度可以使碰撞位置的疲劳寿命略有增加;增加浮力罐舱壁的直径可以使碰撞位置的疲劳寿命略有减少;海水压力使浮力罐上部碰撞位置的疲劳寿命略有增加,使浮力罐下部碰撞位置的疲劳寿命显著下降;浮力罐下部碰撞位置的碰撞疲劳寿命远高于上部碰撞位置的碰撞疲劳寿命.     

传统Spar平台垂荡-纵摇耦合内共振响应

本文中研究规则波浪下经典Spar平台垂荡-纵摇耦合运动内共振动力特性．考虑垂荡频率与纵摇频率的2：1的内共振关系,在无系泊状态下建立了平台非线性耦合运动微分方程．应用MOSES软件建立了平台模型,计算了不同波浪周期下的一阶波浪激励力．采用多尺度方法求解垂荡-纵摇耦合运动响应的定常解并进行数值验证．计算结果表明,当波浪频率接近垂荡固有频率且波高达到某一极限时,平台垂荡运动的能量达到饱和;当波高继续增加时,垂荡能量开始向纵摇运动转移,导致平台发生大幅纵摇运动．     

流动环境中热水负浮力射流的近区数值模拟

在试验研究的基础上,应用基于RNG方法的考虑负浮力的作用的kε-湍流模型,,对流动环境中由于温差引起的平面热水负浮力射流进行数值模拟.计算采用了混合有限分析方法离散控制方程,物理变量采用交错网格布置,用SIMPLEC算法求解离散方程.计算得到的流速场、温度场与试验结果符合良好,表明该模型和方法可用于平面热水负浮力射流特性的预报.     

激波诱导圆柱运动数值模拟

该文采用基于含有运动边界自适应非结构网格点的显式有限体积方法求解Euler方程，提出了一种运动边界的数值处理方法，对激波诱导的圆柱运动进行了数值模拟。由于物体的运动，物体边界附近的网格将发生变形。对运动边界附近严重变形的网格采用局部网格重新生成的方法进行处理。采用HLLC方法来处理运动边界问题，计算并比较了气流流过静止圆柱和圆柱在静止流场中运动2种情形。结果表明，应用HLLC方法处理运动边界是可行的。     

均匀来流中Spar平台涡激运动响应研究

Spar平台由于其优良的特性,近年来,在深水工程领域,得到了越来越广泛的应用.Spar平台由于其特有的几何特性,从而导致其在水流中可能产生涡激运动.文中针对Spar平台的刚体特性,建立了Spar平台与尾流振子之间的耦合运动方程,利用该方法对一模型平台进行了数值验证,计算得到的锁定区域与实验测得的结果吻合良好.接着对一真实的Spar平台进行了计算,并得到Spar平台和尾流振子的时间历程曲线.结果表明Spar平台的运动幅度以及运动周期比通常涡激振动的幅度以及周期要大.     

水下排气气泡运动特性及其数值模拟研究

通过对水下排气气泡的受力分析,建立了一个工程实用的水下气泡运动数学模型．通过对模型的求解,获得水下气泡运动特性,发现气泡在脱离其出口后,在很短时间内即向上运动,且铅垂方向速度很快达到一定值,但有较小波动,水平各向速度很快趋于零。     

浮选三相流中气泡运动特性的数值模拟

为获取浮选气泡在矿浆中的运动规律及三相流中浮选气泡的最佳尺寸,运用欧拉模型模拟不同初始直径的气泡在不同密度矿浆中的运动过程.结果表明：在给定的初始条件下,同一浓度的矿浆中,单个浮选气泡所能捕获的矿物量以直径4 mm的气泡最多,气泡尺寸增大或减小后,其矿物捕获量都有所减少.当矿浆中固相质量分数在20%~40%之间变化时,矿物捕获量最多的气泡尺寸变化不大,并且随着矿浆中固相质量分数的增大,单个气泡的捕获量增大,矿物粒子回收率增加.在实际生产中,直径为3.5~4 mm的中等大小气泡在运动过程中变形程度小,气泡水平偏移及浮升速度适中,对矿物粒子的捕获率及运载能力和浮升能力较强,有利于提高浮选产量和质量.     

圆盘水漂运动特性数值模拟研究

为研究近水面的起飞再入式运动对飞行器近海面的高机动突防能力的影响,文中基于CFD数值模拟方法,湍流模型选取SST k-ω模型,利用重叠网格技术,将N~S方程与六自由度弹道方程耦合对三维空间内薄圆盘的水漂运动进行了数值模拟,研究了不同工况下水漂的入水特性和运动规律.结果表明:数值模拟计算得到的圆盘从接触水面到离开水面的时间与实验值吻合较好,圆盘的运动轨迹与实验结果相吻合;圆盘在打水漂向前运动的同时由于自身的旋转产生了马格努斯效应,从而使圆盘的运动轨迹产生了一定的侧向偏移以及圆盘自身的姿态发生了侧向偏转.      

钢铁企业烟尘排放运动规律的数值模拟研究

为了研究钢铁企业所排放烟尘的运动规律,本文基于三维平流扩散数学模型,以湖北某钢铁企业为例,利用Gnuplot软件实现了对某钢厂烟囱排放烟尘运动规律的数值模拟。研究结果表明:烟尘浓度的变化与扩散时间、扩散范围、与污染源的距离等因素密切相关。随着距离的增大,浓度逐渐减小。模拟输出的图像形象地反映出烟尘的具体扩散浓度分布情况以及排放过程中烟尘浓度与污染源距离的关系、烟尘最大浓度随时间推移的变化规律。     

深海几何形单柱式平台的运动分析

基于三维源法和Pinkster近场法分析了几何形单柱式平台(Geometric Spar)的运动特性,计算了其在不同频率下的水动力系数、一阶波浪干扰力(力矩)和二阶波浪慢漂力(力矩)以及一阶运动响应,平台上加装的垂荡板根据Morison公式计算.将理论得到的纵荡、垂荡和纵摇运动的一阶运动响应函数、运动谱以及统计值与相应的试验结果进行了比较,试验中浪向角180°,波浪采用西非的极限波浪.结果表明:理论值与试验结果符合较好;几何形单柱式平台纵摇运动的低频分量不可忽略;平台八角形的截面形状加上垂荡板使得这种柱型平台在深海开采中具有一定的优势.     

几何建模、数字仿真和优化

本书体现了挪威最大的独立研究机构SINTEF应用数学系当前的研究成果，书中内容由该研究机构及相关合作研究机构发表的15篇论文组成。     

存在热浮力的剪切湍流中颗粒近壁运动的大涡模拟

采用基于动力学亚格子模型和热通量模型的大涡模拟方法,结合Lagrange粒子追踪技术,数值研究了存在热浮力作用的剪切湍流中细颗粒群的输运特性.一方面探讨在槽道剪切湍流中不同热分层效应与粒子输运的动态关联性,以及不同Stokes数的细颗粒在同一分层湍流环境下的浓度分布;另一方面探讨动量和热量耦合作用下影响粒子迁移、扩散和沉积的不同因素.此外,基于一些典型计算结果,探讨了稳定和不稳定分层对颗粒运动各向异性程度的影响,研究了不同颗粒的平均速度、脉动强度的统计特征量以及与湍流流场之间的相关性,并对颗粒在槽道不同区域的体积浓度分布和局部积聚现象进行了分析.     

基于模型试验和数值模拟方法的深吃水立柱式平台碰撞特性

针对深吃水立柱式平台存在遭受船舶撞击的可能性,从外部机理和内部机理两方面进行碰撞特性的研究.外部机理的研究采用水池模型试验方法,研究驳船正向撞击锚泊在1.5km水深处的立柱式平台的碰撞特性.内部机理的研究采用非线性数值模拟方法,模拟刚性球鼻首撞击立柱式平台的场景.外部机理研究发现,平台的最大水平运动幅度、最大纵摇角和最大系泊力都与撞击船初始速度基本成线性关系.系泊系统主要体现其弹性特点,所承受的载荷小于其破断力.内部机理研究发现,撞击能量主要被双壳结构的外围构件所吸收,双壳结构设计方式能够有效地保护月池内部设施.     

一种内置旋流叶片的旋风分离器性能数值研究

提出了一种新的高效旋风分离器构造,在传统分离器的内外涡旋交界面上添加一组与气流旋转方向相同的旋流叶片,来阻挡含尘气流中的颗粒进入内涡旋区.基于计算流体力学(CFD),采用雷诺应力模型和离散相的随机轨道模型来计算分离器的气固两相流,并用试验数据验证了计算模型的正确性;通过数值计算分析、比较了添加旋流叶片前后的分离器性能,对旋流叶片进行了性能优化.结果显示,与传统分离器相比,添加旋流叶片能够使分割粒径减小60%～70%,有效地提高了分离效率,而压降仅增加19.3%,且旋流叶片对于小粒径、小密度颗粒的分离效率提升更为显著.     

离心浮升力对湍流混合对流换热影响的数值模拟

为研究离心浮升力对旋转设备中流动与换热的影响,采用直接数值模拟方法对径向旋转轴向出流通道内充分发展湍流进行了研究。湍流雷诺数、旋转数和普朗特数分别保持为300、1.5和0.71,对格拉晓夫数分别为0、9 000、20 000以及50 000情况下的流动与换热特性进行了模拟与分析,结果表明:主流速度、温度和二次流均随离心浮升力的增加而增强,最大主流速度和最小温度出现在非稳定侧;随离心浮升力增加,速度脉动增强,温度脉动在非稳定侧先增强再减弱,在稳定侧则是先减弱再增强;随离心浮升力增加,稳定壁面的换热增强,非稳定壁面换热则是先增强后减弱。     

几何参数对三维仿生运动翼推进性能的影响研究

为了研究几何参数对三维仿生运动翼推进性能的影响,基于IB-LBM算法开发了可在天河2号超级计算机上运行的大规模并行求解器。实现过程包括用浸入边界法在翼型表面构造力函数,并通过插值函数将翼型表面的力函数分散到周围流体网格点,然后通过格子波尔兹曼方法进行流体计算,更新速度场。以椭球翼、平板翼、NACA0012翼、长方体翼为研究对象,系统研究了仿生翼的几何形状对推力系数与涡系结构的影响。研究表明:椭球翼表面的涡系结构饱满且距离翼型表面最近,其推进性能最好;NACA0012翼和平板翼的涡系结构类似,推进性能相近;长方体翼由于钝体效应导致涡系结构细小且距离翼型表面较远,其推进性能最差。研究结果表明,在仿生飞行器设计中,应避免采用类似于长方体外形的钝体仿生翼,椭球翼推进性能最佳,但是由于椭球型质量分布导致对仿生飞行器连接部位质量要求较高,可采用推进性能相近的平板翼。     

封严腔几何结构对涡轮性能影响的数值研究

为了研究轮毂封严腔几何结构对涡轮性能的影响,对转/静叶片之间带有封严腔的某高负荷单级涡轮进行了三维定常数值模拟。结果表明,轴向封严的气动效率较高;而径向封严的封严效果更好。篦齿和发卡弯中的旋涡是导致这两种封严结构性能差异的主要原因。内侧封严腔中的小尺度旋涡对入侵的燃气产生了堵塞作用,是其封严效率提高的主要原因。外侧封严腔中的旋涡对入侵的燃气并无阻碍作用,反而使封严效率有所下降。