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二维自适应笛卡尔网格方法及其波浪水池应用
1
作者 吴铖毓 李超凡 +1 位作者 石凯元 朱仁传 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2026年第1期54-61,共8页
为提升非线性波浪模拟的计算精度与效率,本文建立一种高效、低存储的自适应网格方法。基于调和多项式单元法和体积分数法构建非线性时域波浪水池,并采用四叉树与哈希表结构,开发自由面网格实时自动化加密的算法。数值结果表明,该算法网... 为提升非线性波浪模拟的计算精度与效率,本文建立一种高效、低存储的自适应网格方法。基于调和多项式单元法和体积分数法构建非线性时域波浪水池,并采用四叉树与哈希表结构,开发自由面网格实时自动化加密的算法。数值结果表明,该算法网格重构效率高、动态内存使用量呈线性增长,且应用在波浪水池中能够稳定、高效地模拟非线性规则波与畸形波的演化过程,适用于海洋工程领域复杂波浪的数值模拟。 展开更多
关键词 自适应笛卡尔网格 调和多项式单元法 体积分数法 波浪水池 非线性波浪模拟
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气泡动力学研究进展 被引量：2
2
作者 张阿漫 李世民 +1 位作者 李帅 刘云龙 《力学学报》 北大核心 2025年第1期1-16,共16页
只要有流体的地方,就可能会产生气泡,气泡是气体在液体中一种常见的呈现形式,在自然界和工程界中广泛存在,在船舶与海洋、先进制造、环境与化工、生命科学和医学等许多领域均有重要应用价值,同时,在水中结构抗爆和空蚀等很多领域气泡也... 只要有流体的地方,就可能会产生气泡,气泡是气体在液体中一种常见的呈现形式,在自然界和工程界中广泛存在,在船舶与海洋、先进制造、环境与化工、生命科学和医学等许多领域均有重要应用价值,同时,在水中结构抗爆和空蚀等很多领域气泡也是导致危害产生的根源,因此,气泡动力学是诸多领域共同关心的基础科学问题.然而,由于气泡动力学行为的复杂性,涉及边界、多气泡、流场环境、流体可压缩性、黏性和表面张力等多物理因素和环境条件的显著影响,迄今为止,仍存在复杂条件下气泡动力学理论、气泡群相互作用、气液固耦合效应和气泡损伤及防护机制等难题亟待解决.为此,从气泡动力学的基本物理现象入手,深入剖析了该领域所面临的挑战,给出了存在的力学难题,综述了气泡动力学理论、数值和实验技术的研究进展与最新动态,通过对现有研究成果的系统梳理和详细分析,最后总结了气泡动力学领域未来发展趋势,并提出了潜在的研究方向和课题,旨在为气泡动力学相关研究提供基础和依据. 展开更多
关键词 气泡动力学 理论研究 数值模拟 实验技术
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空化流动的数学物理描述及空化模型研究进展 被引量：1
3
作者 洪方文 袁国辉 +2 位作者 翟树成 郑巢生 刘登成 《船舶力学》 北大核心 2025年第1期156-169,共14页
空化流动是自然界中广泛存在的一种流体力学现象,它的理论建模和数值模拟方法研究长期以来形成了流体力学领域的重要方向。本文对空化的相变本质进行了阐述,系统地介绍了空化流动的数学物理描述,回顾了空化流动数值模拟的空化模型国内... 空化流动是自然界中广泛存在的一种流体力学现象,它的理论建模和数值模拟方法研究长期以来形成了流体力学领域的重要方向。本文对空化的相变本质进行了阐述,系统地介绍了空化流动的数学物理描述,回顾了空化流动数值模拟的空化模型国内外研究进展,并详细地推演了以输运方程为基础的蒸发冷凝空化模型和泡动力学空化模型,可为空化流动的研究提供借鉴。 展开更多
关键词 空化 空化流动数学物理描述 空化数值模型
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近尾缘展向障碍物非定常空化抑制机理
4
作者 王璐 王鹏忠 +2 位作者 黄滨 武鹏 吴大转 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第12期4051-4058,共8页
空化现象是制约水力机械稳定运行的重要因素,有效的空化抑制手段对于水力机械的安全运行有重要意义。本研究针对近尾缘展向障碍物的空化抑制方法开展研究,基于安装近尾缘展向障碍物的NACA66水翼和NACA63820水翼的空化流动数值模拟结果,... 空化现象是制约水力机械稳定运行的重要因素,有效的空化抑制手段对于水力机械的安全运行有重要意义。本研究针对近尾缘展向障碍物的空化抑制方法开展研究,基于安装近尾缘展向障碍物的NACA66水翼和NACA63820水翼的空化流动数值模拟结果,使用拉格朗日拟序结构(Lagrangian coherent structures,LCSs)提取空化流场涡结构,揭示近尾缘展向障碍物抑制非定常空化发展的机理,并通过实验验证该方法的有效性。结果表明:近尾缘展向障碍物的存在诱发了障碍物下游到水翼尾缘的完整涡结构,从而改变了流体流经水翼的路径并抑制了水翼前缘的流动分离,最终有效控制了水翼表面非定常空化的发展。 展开更多
关键词 空化控制 水翼 拉格朗日拟序结构 展向障碍物 数值仿真 实验验证
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绕NACA0009水翼锁频特性试验研究
5
作者 黄彪 龚诗婷 +2 位作者 刘韵晴 吴钦 王国玉 《北京理工大学学报》 北大核心 2025年第3期287-294,共8页
试验基于涡激振动同步测量系统,采用了来流速度连续变化控制技术,通过对水翼尖端变形和对尾流场结构的精确测量,研究了来流速度连续线性变化的条件下绕NACA 0009水翼的涡激振动响应和锁频特性.结果表明:水翼在进入和退出锁频区间时,会... 试验基于涡激振动同步测量系统,采用了来流速度连续变化控制技术,通过对水翼尖端变形和对尾流场结构的精确测量,研究了来流速度连续线性变化的条件下绕NACA 0009水翼的涡激振动响应和锁频特性.结果表明:水翼在进入和退出锁频区间时,会发生“幅度跳跃”现象,即结构的振动幅度会出现相差百倍的显著变化;在锁频区间内观察到“频率增加”现象,即结构的固有频率会跟随来流速度缓慢增加.综合分析了水翼锁频时旋涡演化、尖端位移和结构振动速度三者的作用关系,可为涡激振动耦合关系和锁频机理提供更多的试验依据. 展开更多
关键词 水翼 涡激振动 旋涡脱落 锁频 流固耦合
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基于趋势突变检验的螺旋桨梢涡空化初生预报方法
6
作者 韦喜忠 王永帅 +1 位作者 陈奕宏 季斌 《力学学报》 北大核心 2025年第3期605-615,共11页
梢涡空化是船用螺旋桨上最早发生的空化类型之一,其一旦发生会显著增强舰船水下噪声水平.因此,随着现代舰船对航速和声隐身性的要求不断提高,对于与舰船临界航速密切相关的螺旋桨梢涡空化初生的精准预报需求也变得日益迫切.而现阶段常... 梢涡空化是船用螺旋桨上最早发生的空化类型之一,其一旦发生会显著增强舰船水下噪声水平.因此,随着现代舰船对航速和声隐身性的要求不断提高,对于与舰船临界航速密切相关的螺旋桨梢涡空化初生的精准预报需求也变得日益迫切.而现阶段常用的单相最小压力系数法和两相空化模型法不仅无法充分考虑水中气核效应,还具有明显的网格依赖性,难以对螺旋桨梢涡的初生空化数进行精准预报.为弥补现有预报方法的不足,本研究在考虑气核效应的流场模拟方法基础上,建立了基于趋势突变检验的螺旋桨梢涡初生空化数的预报方法.首先以由螺旋桨桨叶简化而来的椭圆翼为研究对象针对该方法中空化泡判定标准和初始气核数量两个主观因素进行敏感性分析,较为系统验证了该预报方法具有优异的鲁棒性.并在此基础上,初步探究了来流速度对梢涡卷吸捕获气核能力的影响.研究表明,在空化初生工况下,来流速度越大使得气核就越难以被梢涡流场捕获后生长成为空化泡.最后进一步地将该方法应用于螺旋桨的梢涡空化初生的预报研究中.结果表明,相较于传统最小压力系数法,本方法精度能提高80%以上,优势明显. 展开更多
关键词 数值模拟 气泡动力学 突变检验 梢涡空化初生 螺旋桨
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水动力空化流动的微观机理与多尺度模拟
7
作者 王本龙 刘筠乔 《力学进展》 北大核心 2025年第4期819-853,共35页
水动力空化是船舶推进、航行体跨介质运动等领域一种常见的物理现象.针对工程领域空化噪声和空蚀预报对非平衡空化流动研究的迫切需求,回顾了20余年来空化核与初生、群泡水体介质特性与声传播、空化与湍流相互作用、空泡溃灭瞬态冲击与... 水动力空化是船舶推进、航行体跨介质运动等领域一种常见的物理现象.针对工程领域空化噪声和空蚀预报对非平衡空化流动研究的迫切需求,回顾了20余年来空化核与初生、群泡水体介质特性与声传播、空化与湍流相互作用、空泡溃灭瞬态冲击与激波等关键基础科学问题研究的主要进展;梳理出空化宏观模拟面临的空化相变建模、多相流模拟和多相湍流3个挑战,指出多尺度空化模拟的重要性并对微介观模拟方法做了简要介绍;总结了近年来空化流微介观模拟在空化区混合介质基本物理特性、空泡流场时空特性等方面获得的新认识以及高阶数值模拟方法.面向高精度空化流动多尺度模拟与工程预报,展望了定量、准确描述空化区域水汽掺混介质特性与空化流时空特性的两个层面迫切需要解决的若干基础性建模问题. 展开更多
关键词 相变 空化初生 云空化 多相流 多尺度模拟
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空化两相可压缩流动体积分数控制方程
8
作者 洪方文 袁国辉 +1 位作者 翟树成 郑巢生 《船舶力学》 北大核心 2025年第8期1181-1187,共7页
体积分数方程是空化流动的一个重要控制方程,在不可压缩情况下由质量守恒方程导出,但对于可压缩流体,目前还没有一个得到普遍认可的描述形式。本文以随体坐标系为描述问题的参考系,针对局部流体单元,从两相流体各自的体积变化入手,推导... 体积分数方程是空化流动的一个重要控制方程,在不可压缩情况下由质量守恒方程导出,但对于可压缩流体,目前还没有一个得到普遍认可的描述形式。本文以随体坐标系为描述问题的参考系,针对局部流体单元,从两相流体各自的体积变化入手,推导出体积分数的随体导数与两相流体局部平均速度散度的关系。本文还讨论了体积分数方程与质量守恒方程的关系,以及相变和可压缩性对体积分数演化的影响,并给出了两相压力平衡情况下体积分数方程的形式。 展开更多
关键词 体积分数 两相可压缩流体 空化 控制方程
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基于浸入式笛卡尔网格的通气空泡数值模拟研究
9
作者 刘涛涛 徐腾云 +2 位作者 吕亚飞 郝亮 黄彪 《北京理工大学学报》 北大核心 2025年第9期951-959,共9页
基于边界数据浸入法,在非贴体笛卡尔网格环境下结合隐式大涡模拟构建了绕带空化器复杂回转体外形下的通气空泡多相流动数值求解器,通过与实验结果对比,验证了数值方法在计算复杂回转体外形通气空泡时的准确性和有效性,并开展了不同通气... 基于边界数据浸入法,在非贴体笛卡尔网格环境下结合隐式大涡模拟构建了绕带空化器复杂回转体外形下的通气空泡多相流动数值求解器,通过与实验结果对比,验证了数值方法在计算复杂回转体外形通气空泡时的准确性和有效性,并开展了不同通气率下的通气空泡数值计算分析.结果表明:通气率的改变对回转体空泡形态和漩涡结构的演变具有显著影响,通气率的增大会使空泡形态重力效应更加明显,回转体近壁面速度梯度减小,环状涡结构更快地发生断裂与脱落;拟涡能和湍流动能输运也因通气率的改变使得各项能量的大小与分布产生相应变化,但能量的产生与耗散始终维持着动态平衡. 展开更多
关键词 笛卡尔网格 空泡形态 拟涡能输运 湍流动能输运
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波流载荷作用下子母管水动力特性研究
10
作者 刘俊 师玉敏 +3 位作者 周晓东 闫术明 王亚琼 程婧 《力学与实践》 2025年第6期1146-1155,共10页
在大型水槽中开展子母管水动力模型实验,研究了海流参数、波浪参数、子母管相对角度θ和管床间隙比e/D等因素对母管水动力载荷和频率特征的影响。结果表明:单独流作用下,当θ为60°~150°时,母管阻力系数CD较单管道显著增大;根... 在大型水槽中开展子母管水动力模型实验,研究了海流参数、波浪参数、子母管相对角度θ和管床间隙比e/D等因素对母管水动力载荷和频率特征的影响。结果表明:单独流作用下,当θ为60°~150°时,母管阻力系数CD较单管道显著增大;根据θ值的不同,远离床面母管可受到指向床面或背离床面的平均竖向力;单独波作用下,全埋管道升力幅值较间隙比0情况有显著放大,呈现与DNV规范单管道推荐值相反的趋势;波流共同作用下,母管升阻力频率出现波浪频率的亚谐波和谐波频率,升力的主频为波浪频率的亚谐波频率。 展开更多
关键词 子母管 水动力载荷 频率特性 模型实验 波流作用
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小球冲击覆膜液体入水过程的动力学行为研究
11
作者 陈晨 陈家辉 +4 位作者 丰翔 张未航 米麒麟 罗浩天 吴汪霞 《力学学报》 北大核心 2025年第9期2085-2096,共12页
物体入水的动力学行为涉及多相流耦合与界面能量耗散的复杂过程,在军事装备、海洋工程及仿生机器人领域具有重要应用价值.真实海洋环境中异质介质层(如油膜)的存在使得入水问题需考虑空气-油-水三相耦合作用,其动力学特性与传统气-水两... 物体入水的动力学行为涉及多相流耦合与界面能量耗散的复杂过程,在军事装备、海洋工程及仿生机器人领域具有重要应用价值.真实海洋环境中异质介质层(如油膜)的存在使得入水问题需考虑空气-油-水三相耦合作用,其动力学特性与传统气-水两相系统存在显著差异.为了研究黏性油膜对疏水小球入水运动阻力、空腔演化及闭合特性的调控机制,从而为复杂介质环境下结构体入水问题提供理论支撑,采用高速摄影实验与理论建模相结合的方法,研究对比了疏水小球直接入水与穿越不同黏度硅油膜(100~1000 cSt)入水的动力学差异,以及油膜对闭合特性及空腔形态的独特影响,并建立理论模型定量推导小球运动和空腔演化的特征量.研究结果表明:油膜通过黏性剪切力显著增加小球运动阻力,导致其入水后明显减速,通过定量估计黏性阻力与运动阻力,建立理论模型预测了入水深度随时间变化规律.油-水界面剪切作用诱发Kelvin-Helmholtz不稳定性,形成波长与振幅受油膜黏度和冲击速度影响的波纹,其中高黏度油膜(1000 cSt)促进长波(波长约3~10 mm)主导的高振幅规则波纹,低黏度(100 cSt)则以短波长(波长约0.5~1 mm)小振幅的随机波纹为主.油膜的存在造成空腔闭合深度变浅,且由于形成空腔壁面波纹,在特定条件下会发生空腔在两个位置几乎同时发生夹断的“双闭合”现象.并进一步在已有空腔闭合模型的基础上,考虑油膜特性的影响建立了修正模型,刻画了油膜的减速作用对空腔闭合深度减少效果的定量关系.针对空腔壁面波纹,利用理论模型良好地预测了小球冲击高黏度油膜形成波纹的波长及其与小球速度的定量关系,并根据黏性耗散抑制短波扰动,定性解释了油膜黏度对波纹形态的影响. 展开更多
关键词 入水 冲击 空腔演化 KELVIN-HELMHOLTZ 不稳定性 流体动力学
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水平轴潮流能水轮机制动水动力特性分析
12
作者 王树齐 唐吉 +2 位作者 李东 洪咏 卞百福 《江苏科技大学学报(自然科学版)》 2025年第3期11-17,共7页
水平轴浮式潮流能装置在实际运行条件下,平台运动过大会导致水轮机叶片载荷波动增大,存在叶片受热损坏的风险,在紧急情况下需要对水轮机进行制动控制.因此,以三叶片水轮机为研究对象,应用STAR-CCM+软件,分别对最优速比和高速比下的水轮... 水平轴浮式潮流能装置在实际运行条件下,平台运动过大会导致水轮机叶片载荷波动增大,存在叶片受热损坏的风险,在紧急情况下需要对水轮机进行制动控制.因此,以三叶片水轮机为研究对象,应用STAR-CCM+软件,分别对最优速比和高速比下的水轮机的降速制动进行数值分析,得到制动力矩和转动惯量对水轮机制动性能的影响规律.结果表明:在同一制动力矩下,水轮机的转动惯量与停机时间呈线性关系;高速比下的水轮机在制动过程中能量利用率先升后降,达最优速比时,能量利用率较最优速比下稳定运行的水轮机明显偏低.研究结论可为水轮机在遇到紧急情况时的停机运动提供参考. 展开更多
关键词 水平轴水轮机 能量利用率 轴向荷载系数 制动力矩 转动惯量
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基于PINN的二维剪切流圆柱绕流场重构 被引量：2
13
作者 苑光耀 王俊淞 +1 位作者 赵玄烈 耿敬 《力学学报》 北大核心 2025年第2期436-452,共17页
随着机器学习方法的发展,基于数据驱动的流场预测成为研究热点.相比于传统神经网络对大量训练数据的依赖以及可解释性较差等问题,物理信息神经网络(PINN)通过将物理约束直接嵌入神经网络损失函数,仅需少量训练数据即可实现流场预测.文... 随着机器学习方法的发展,基于数据驱动的流场预测成为研究热点.相比于传统神经网络对大量训练数据的依赖以及可解释性较差等问题,物理信息神经网络(PINN)通过将物理约束直接嵌入神经网络损失函数,仅需少量训练数据即可实现流场预测.文章探究了基于PINN的低雷诺数条件下剪切流圆柱绕流场重构方法.基于开源CFD软件OpenFOAM生成的数值模拟数据构建训练集,构建引入剪切流边界条件的圆柱绕流PINN模型,利用流场采样点的速度和压强信息对PINN模型进行训练,以预测不同区域内的流速和压强分布.通过将PINN预测结果与数值模拟数据进行对比,评估了PINN在重构复杂流场中的表现.同时,研究了神经网络层数、网络节点数和监测点位置等参数变化对预测结果的影响,分析了参数调整对流场预测精度的优化作用.研究结果表明,PINN不仅能有效重构剪切流绕流场的流速和压强分布,其预测精度也与数值模拟结果较为吻合,验证了PINN在剪切流圆柱绕流场重构中的实用性和准确性.对比分析表明,监测点位置对预测结果的影响较为显著,合理选取监测点位置可使PINN预测精度提升1~2个数量级. 展开更多
关键词 物理信息神经网络 NAVIER-STOKES方程 剪切流场重构 圆柱绕流
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带扰流板结构的海上风电单桩基础受来流攻角的影响研究 被引量：1
14
作者 李会 邱旭 +2 位作者 闫姝 赵昊 马文冠 《太阳能学报》 北大核心 2025年第3期635-642,共8页
针对扰流板型海上风电单桩基础冲刷防护结构,在已开展的扰流板尺寸及数量对冲刷防护效果影响的研究基础上,进一步探究来流攻角对冲刷防护效果的影响。在实际工程中,海流的流动方向是不确定的。为此,基于数值模拟的研究手段,通过改变扰... 针对扰流板型海上风电单桩基础冲刷防护结构,在已开展的扰流板尺寸及数量对冲刷防护效果影响的研究基础上,进一步探究来流攻角对冲刷防护效果的影响。在实际工程中,海流的流动方向是不确定的。为此,基于数值模拟的研究手段,通过改变扰流板的安装角来模拟不同来流攻角,以0°和22.5°攻角下扰流肋数量为8的扰流板和0°和30°攻角下扰流肋数量为6的扰流板结构为研究对象,对其冲刷防护特性进行研究。分析扰流板结构在不同来流下马蹄涡强度和位置的变化特征,以及床面剪切应力的分布和相对保护面积的变化规律。研究发现,冲刷防护效果基本随着来流攻角的增加而减弱,且随扰流板长度或高度的增加,其角度变化带来的保护面积的差异也逐渐增加。总的来说,来流攻角为0°具有较好的冲刷防护效果。 展开更多
关键词 海上风电 攻角 圆柱绕流 扰流板 马蹄涡 剪切应力
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通气超空泡稳定性机理与调控研究进展 被引量：1
15
作者 王志英 王静竹 +2 位作者 黄荐 王展 王一伟 《力学进展》 北大核心 2025年第1期175-217,共43页
通气超空泡减阻是突破传统水下速度极限,实现高速航行的关键技术,具有重要的工程应用价值.超空泡航行体的航行稳定性是制约其发展的瓶颈问题,这与通气超空泡形态的稳定性密切相关,因此,超空泡形态的准确预测和调控是超空泡航行体总体设... 通气超空泡减阻是突破传统水下速度极限,实现高速航行的关键技术,具有重要的工程应用价值.超空泡航行体的航行稳定性是制约其发展的瓶颈问题,这与通气超空泡形态的稳定性密切相关,因此,超空泡形态的准确预测和调控是超空泡航行体总体设计的关键之一.本文首先介绍了关于不同环境条件下通气超空泡流动形态特征的研究,进一步梳理了影响流动形态的关键科学问题,包括超空泡界面特征及失稳机制、超空泡尾部闭合泄气机理和射流与空泡的耦合作用,最后基于对通气超空泡形态的理解与认识,阐述了实现通气超空泡流动稳定性的调控方法. 展开更多
关键词 通气超空泡 泄气机理 界面失稳机制 稳定性调控
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基于密度分层的泡沫头帽降载机理及入水运动特性研究 被引量：1
16
作者 魏海鹏 韩阔屹 +5 位作者 赵雷洋 陈莹玉 原凯 孔德才 刘元清 马贵辉 《力学学报》 北大核心 2025年第4期916-928,共13页
高速入水冲击降载及运动增稳是入水航行体研制最亟待突破的难题,针对于具有良好运动稳定性的截锥头型配备可以破碎吸能的密度分层头帽,是同时兼顾入水降载及运动稳定性的有效手段之一.基于模型试验研究了高速入水空泡发展机制与破碎头... 高速入水冲击降载及运动增稳是入水航行体研制最亟待突破的难题,针对于具有良好运动稳定性的截锥头型配备可以破碎吸能的密度分层头帽,是同时兼顾入水降载及运动稳定性的有效手段之一.基于模型试验研究了高速入水空泡发展机制与破碎头帽的相互作用,探讨了密度分层头帽对降载及运动的影响规律.研究发现配备密度分层头帽的高速入水航行体的入水空泡出现了明显的嵌套空泡现象,高密度头帽嵌套空泡为上宽下窄,正向分层头帽嵌套空泡为上窄下宽;入水冲击产生的高应力在密度分层头帽两层缓冲件之间传递时将会产生碰撞损失能,耗散入水瞬态冲击的能量;头帽破碎时间顺序为:正向分层第一次破碎<逆向分层<低密度<正向分层第二次破碎<高密度;头帽外形对运动稳定性有改善作用,逆向分层头帽达到运动稳定的时间最短;头帽破碎会诱导局部空泡塌陷,而头帽完整性较高时则会形成稳定的空泡;头帽的存在可以提高速度峰值,配备正向分层头帽工况入水速度最快,配备高密度头帽工况降载效果最好. 展开更多
关键词 高速入水 入水降载 入水增稳 降载头帽
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水流中旋转细长体结构流致振动特性研究
17
作者 耿辛格 吴卫国 +4 位作者 陈威 刘恺 唐国强 林永水 赵翠娜 《船舶力学》 北大核心 2025年第11期1722-1733,共12页
基于切片理论,本文结合计算流体动力学(CFD)和有限元法,建立了三维旋转细长体结构流致振动时域模型,开展了水流、旋转作用下的流致振动特性研究。在水流作用下,无旋转细长体结构的轨迹主要为“8”形。在流动和旋转的联合作用下,运动方... 基于切片理论,本文结合计算流体动力学(CFD)和有限元法,建立了三维旋转细长体结构流致振动时域模型,开展了水流、旋转作用下的流致振动特性研究。在水流作用下,无旋转细长体结构的轨迹主要为“8”形。在流动和旋转的联合作用下,运动方向与旋转细长体的旋转方向相反,即为“反向涡动”。在流速为0.46 m/s时,振动受流动和旋转的共同影响,随着旋转频率的增加,旋转细长体的轨迹从“8”形逐渐过渡到圆形。在流速为1.02m/s时,频率接近理论固有频率,振动主要以涡激振动(VIV)为主,涡动行为被完全抑制。在细长体的固有频率附近存在频率锁定区间,在锁定区间内细长体的横向振动相对振幅随流速的增加而增加,频率比保持不变。 展开更多
关键词 切片理论 脱涡模式 旋转频率 振动特性
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基于粒子图像测速技术的基准船型尾流场试验研究
18
作者 马力 王昊 +2 位作者 程肖岐 郑文涛 姜楠 《实验力学》 北大核心 2025年第3期300-312,共13页
通过试验对船模尾流场进行测量,可以为船舶的优化设计和数值仿真提供数据支撑。以日本散货船(Japan Bulk Carrier,JBC)基准船型为原型,采用时间分辨率粒子图像测速技术(Time-Resolved Particle Image Velocimetry,TRPIV),在低湍流度回... 通过试验对船模尾流场进行测量,可以为船舶的优化设计和数值仿真提供数据支撑。以日本散货船(Japan Bulk Carrier,JBC)基准船型为原型,采用时间分辨率粒子图像测速技术(Time-Resolved Particle Image Velocimetry,TRPIV),在低湍流度回流式风洞中对尾流场的流法向剖面进行了精细测量。重叠模型缩比为1∶150,基于船模垂线间长的雷诺数为2.56×10~6,通过计算后获得了设计工况下尾流场的流法向平均速度场、雷诺应力、瞬时涡量场,并且通过多个流法向平均速度场构建了其展法向剖面的平均速度场。测量结果表明,尾流场中存在大范围的低速区,在展法向视场中低速区呈明显的“钩状”分布,具有明显的大涡结构特征,并且该涡结构直接影响尾流场的速度分布。瞬时涡量场的结果表明,涡结构主要存在于螺旋桨桨毂的上下两侧,并随视场的外移,其法向位置逐渐升高,大范围的涡结构中含有许多小的涡结构。为探究不同尺度的结构对尾流场的影响,通过对本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)的模态能量分布和大小尺度速度场重构结果分析发现,尾流场中存在不同尺度的结构,大尺度结构在螺旋桨桨毂的下侧对湍流能量的贡献较大,随着法向位置的升高,小尺度结构对湍流能量的贡献逐渐增大。 展开更多
关键词 粒子图像测速 基准船型 尾流场 湍流特性 涡结构
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鲹科鱼类中鳍相互作用对自主游动性能影响研究
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作者 杨光 李文杰 +4 位作者 杜洪波 万宇 肖毅 张鹏 杨胜发 《力学学报》 北大核心 2025年第9期2261-2273,共13页
鱼类通过中鳍(背鳍、臀鳍和尾鳍)之间的相互作用可实现比只利用尾鳍游泳更高的推进性能,但当前多数研究仍是基于身体尾鳍模型,采用躯干和尾鳍摆动推进研究鱼类游泳性能和游动机理.为了解鲹科鱼类中鳍相互作用对自主游动性能的影响,利用... 鱼类通过中鳍(背鳍、臀鳍和尾鳍)之间的相互作用可实现比只利用尾鳍游泳更高的推进性能,但当前多数研究仍是基于身体尾鳍模型,采用躯干和尾鳍摆动推进研究鱼类游泳性能和游动机理.为了解鲹科鱼类中鳍相互作用对自主游动性能的影响,利用高精度三维激光扫描仪建立了真实的鱼体几何模型,对具有完整中鳍的鲹科鱼类自主游动行为进行了三维数值模拟.通过求解鱼体从静止加速到巡游状态的游动过程,比较了不同相位差下鲹科鱼类的游泳性能,并详细分析了鱼体尾部的涡流动力学.结果表明:由于背鳍和臀鳍摆动脱落的后体涡(PBV)在向后传播过程中会被尾鳍前缘捕获并与前缘涡(LEV)相互作用,增强LEV的强度,从而极大提升鲹科鱼类游泳性能.与只依靠身体尾鳍游泳模型相比,推力最高提升了26.11%,效率最高提升了18.15%,游泳速度最高提升了60.14%.揭示了鲹科鱼类中鳍间相互作用的机制,阐明了鲹科鱼类中鳍相互作用对自主游泳性能增强的流体动力学机理,为鲹科鱼类游泳性能与游动机理的研究提供了新的见解. 展开更多
关键词 自主游动 中鳍 游泳性能 涡流动力学 身体/尾鳍模式游泳
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基于相似准则的复合材料螺旋桨水动力与结构响应特性研究
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作者 洪铭 吴钦 +2 位作者 黎勇 黄彪 王国玉 《力学学报》 北大核心 2025年第5期1031-1042,共12页
为了预测复合材料螺旋桨的水动力特性,采用量纲分析法对影响螺旋桨水动力性能的参数进行了分析,并基于相似准则发展了复合材料螺旋桨水动力相似模型.通过复合材料螺旋桨双向流固耦合计算方法对原型桨和模型桨的水动力性能、结构响应及... 为了预测复合材料螺旋桨的水动力特性,采用量纲分析法对影响螺旋桨水动力性能的参数进行了分析,并基于相似准则发展了复合材料螺旋桨水动力相似模型.通过复合材料螺旋桨双向流固耦合计算方法对原型桨和模型桨的水动力性能、结构响应及振动模态特性进行分析.研究结果表明,基于雷诺相似准则,模型桨的来流速度需在原型桨的基础上放大数倍,在常规试验环境下难以实现,因此雷诺相似模型不适用于复合材料螺旋桨的水动力性能预测.基于弗劳德相似准则,模型桨应与原型桨保持相同的密度,且弹性模量和剪切模量相比原型桨减小了数倍.由于实际生产材料难以同时满足这两项要求,进一步发展了两种非标准弗劳德相似模型.基于适当放松材料弹性性能的弗劳德相似准则,模型桨的刚度较大,导致其水动力性能与原型桨存在一定差距;基于适当放松材料密度要求的弗劳德相似准则,模型桨的水动力性能与原型桨吻合较好,但模态频率仍存在偏差.基于马赫相似准则预测的模型桨水动力性能、结构响应特性及振动模态与原型桨吻合较好,表明该相似模型在复合材料螺旋桨性能预测方面具有良好的适用性.文章针对复合材料螺旋桨建立了水动力相似关系,可为其设计与优化提供理论依据. 展开更多
关键词 复合材料螺旋桨 水动力性能 结构响应 相似准则 流固耦合
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