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气泡动力学研究进展 被引量：2
1
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
2
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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绕NACA0009水翼锁频特性试验研究
3
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
4
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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空化两相可压缩流动体积分数控制方程
5
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
6
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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小球冲击覆膜液体入水过程的动力学行为研究
7
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
8
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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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
9
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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基于PINN的二维剪切流圆柱绕流场重构 被引量：1
10
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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水流中旋转细长体结构流致振动特性研究
11
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
12
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
13
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
14
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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解决纳米孔道堵塞的一种新方法
15
作者 韦敏 徐驰 +1 位作者 周晓艳 陆杭军 《浙江师范大学学报（自然科学版）》 CAS 2025年第1期45-50,共6页
为了解决微纳米流控器件中纳米气泡引起的堵塞问题,利用分子动力学模拟研究了气体分子在单壁碳纳米管中积聚形成纳米气泡并对通道中的水流造成堵塞的现象,提出了一种基于棘轮理论和机械共振的疏通方法.结果显示:与传统的静水压驱动法相... 为了解决微纳米流控器件中纳米气泡引起的堵塞问题,利用分子动力学模拟研究了气体分子在单壁碳纳米管中积聚形成纳米气泡并对通道中的水流造成堵塞的现象,提出了一种基于棘轮理论和机械共振的疏通方法.结果显示:与传统的静水压驱动法相比,振动驱动法不需要极高的静水压,不仅可以在极短的时间里疏通纳米管道,而且还可以产生高水通量.该结果可为解决纳米孔道中的气体阻塞问题提供一种新方法. 展开更多
关键词 纳米气泡 孔道堵塞 分子动力学 水流量
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基于GNN和ISPH耦合方法的波浪与结构物相互作用数值模拟研究
16
作者 张宁波 倪宝玉 +2 位作者 薛彦卓 武奇刚 袁广宇 《力学学报》 北大核心 2025年第4期816-828,共13页
波浪与结构物相互作用的研究因其在海洋结构物设计、操作及安全性方面的关键性作用而受到广泛关注.作为一种无网格数值方法,不可压缩光滑粒子流体动力学(incompressible smoothed particle hydrodynamics,ISPH)方法正逐渐成为研究波浪... 波浪与结构物相互作用的研究因其在海洋结构物设计、操作及安全性方面的关键性作用而受到广泛关注.作为一种无网格数值方法,不可压缩光滑粒子流体动力学(incompressible smoothed particle hydrodynamics,ISPH)方法正逐渐成为研究波浪与结构相互作用问题的潜力工具.在传统的ISPH方法中,压力是通过求解压力泊松方程(pressure Poisson equation,PPE)获得的,这是整个计算过程最为耗时的部分.采用一种图神经网络(graph neural network,GNN)与ISPH相结合的耦合方法(ISPH_GNN)对波浪与结构物相互作用展开数值模拟研究.在ISPH_GNN中,GNN模型用于预测流体压力,取代了传统ISPH方法中的PPE求解过程.文章的一项贡献是揭示了基于相对简单算例生成的数据训练的GNN模型可以有效地应用于相对更复杂的波浪与结构物相互作用问题.具体而言,本文采用基于溃坝和液舱晃荡算例数据训练而成的GNN模型,并将其与ISPH方法相结合,构建了ISPH_GNN方法,以模拟不同的波浪与结构相互作用问题,包括孤立波冲击阶梯结构、规则波冲击水下梯形结构物和规则波与浮式箱体的相互作用.仿真结果显示,ISPH_GNN在这些不同场景下均能提供令人满意的模拟结果,展现了其在波浪与结构相互作用问题上的良好泛化能力.文章的另一项重要贡献在于,与传统ISPH方法相比,ISPH_GNN在取得相似甚至略高计算精度的同时,显著提升了压力预测的计算效率,尤其是在处理大规模粒子数的波浪-结构物相互作用仿真时.例如,在包含130万粒子的模拟工况下,ISPH_GNN的压力预测速度提升了多达93倍.研究结果突显了ISPH_GNN方法在波浪-结构物相互作用仿真中的巨大潜力,可为海洋工程提供一种更具可扩展性和计算高效性的仿真工具. 展开更多
关键词 波浪与结构物相互作用 不可压缩光滑粒子流体动力学 图神经网络 耦合方法 压力泊松方程 压力 预测
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双色波传播过程中长短波相互作用的非线性数值模拟研究
17
作者 郭欣然 刘石 +2 位作者 杨毅 陈丽芬 宁德志 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第1期95-101,共7页
针对波浪在传播过程中的波面变形机制问题,本文采用时域高阶边界元方法建立完全非线性波浪数值水槽,并模拟研究了单色波和双色波在常水深地形上的非线性传播特性。该模型在自由水面满足完全非线性边界条件,采用混合欧拉-拉格朗日方法追... 针对波浪在传播过程中的波面变形机制问题,本文采用时域高阶边界元方法建立完全非线性波浪数值水槽,并模拟研究了单色波和双色波在常水深地形上的非线性传播特性。该模型在自由水面满足完全非线性边界条件,采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时表面,利用四阶龙格库塔方法更新下一时间步的波面和速度势。通过与已有实验结果对比,证明了本文模型的准确性。研究发现:双色波传播过程中长短波的相互作用,会诱发波面的剧烈变形,并产生次峰。长短波相互作用诱使更多的波浪能量从低频向高频传递,并激发出更高阶的波浪成分。同时,该作用机制随着长短波波长比的增大而增强。 展开更多
关键词 长短波相互作用 完全非线性波浪数值水槽 时域模拟 波面变形 能量转移 高阶谐波 双色波
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一种基于NGO参数优化的TCN-LSTM船舶运动预报方法
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作者 马永艳 姜志强 +2 位作者 汪训铭 王国栋 冯大奎 《中国造船》 北大核心 2025年第1期187-197,共11页
为了提高不规则波浪中船舶运动的预报精度,基于变分模态分解(VMD)和神经网络模型,将时序卷积神经网络(TCN)和长短期记忆网络(LSTM)相结合,提出了一种融合北方苍鹰算法(NGO)的VMDTCN-LSTM模型。对KCS国际标模在5级海况迎浪时的垂荡和纵... 为了提高不规则波浪中船舶运动的预报精度,基于变分模态分解(VMD)和神经网络模型,将时序卷积神经网络(TCN)和长短期记忆网络(LSTM)相结合,提出了一种融合北方苍鹰算法(NGO)的VMDTCN-LSTM模型。对KCS国际标模在5级海况迎浪时的垂荡和纵摇运动,以2,5和10 s为提前量进行预报,同时设置了消融试验,将不同数值模型预报结果进行比较。结果表明,论文提出的方法在上述预报提前量下能准确预测船舶纵摇和垂荡运动,随着预报提前量的增加,预报精度降低,但与单一的LSTM模型相比,在预报提前量达到10s时,其相对精度提升较为显著。 展开更多
关键词 北方苍鹰算法 变分模态分解 时序卷积神经网络 计算流体力学 船舶运动预报
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绕弹性水翼云状空化多级脱落特性研究
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作者 郑汉文 张敏弟 +2 位作者 周瑞泉 张嘉坤 黄彪 《力学学报》 北大核心 2025年第1期17-30,共14页
采用实验和数值模拟相结合的方法,对绕弹性水翼云状空化开展了研究,主要分析了云状空化多级脱落现象及其导致的水翼振动特性.实验方面,利用高速相机观测了空泡形态演化过程.数值模拟方面,结合标准PANS(partially-averaged Navier-Stokes... 采用实验和数值模拟相结合的方法,对绕弹性水翼云状空化开展了研究,主要分析了云状空化多级脱落现象及其导致的水翼振动特性.实验方面,利用高速相机观测了空泡形态演化过程.数值模拟方面,结合标准PANS(partially-averaged Navier-Stokes)湍流模型和Zwart空化模型对流场进行数值模拟,并运用紧耦合算法实现了流固耦合计算.结果表明:当空化数处于0.65~0.85范围内时,绕弹性水翼云状空化存在多级脱落现象,其中一次脱落和二次脱落过程存在明显差异.一次脱落尺度和周期明显大于二次脱落;一次脱落和二次脱落机制不同,前者是中部回射流所致,后者是自由端回射流所致;一次脱落空泡产生的高压区面积显著大于二次脱落空泡但压力峰值相对较小,并且一次脱落空泡产生的高压区对附着空泡生长抑制作用更强,使二次脱落附着空泡生长速度和最大长度相对于一次脱落分别减小47%和40%;一次脱落附着空泡表面旋转流动强度更大,一次脱落空泡主要受剪切效应影响,而二次脱落空泡主要受旋转效应影响;弹性水翼所受水动力载荷变化主要与一次脱落有关,二次脱落的影响较弱,其中一次脱落阶段尖端变形最大值比二次脱落大5%,同时结构振动各阶主频与空泡脱落频率一致. 展开更多
关键词 弹性水翼 云状空化 多级脱落 振动特性
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双颗粒附近空化泡诱导冲击波的数值模拟研究
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作者 刘一帆 刘宇航 +3 位作者 段靖飞 胡进森 高丹 张宇宁 《水动力学研究与进展(A辑)》 北大核心 2025年第1期157-165,共9页
含沙水流中,颗粒附近空化泡溃灭产生的冲击波是引起水力机械过流部件表面损坏的原因之一。该文基于开源软件OpenFOAM,采用有限体积法及流体体积法对双颗粒附近空化泡诱导的冲击波进行了模拟。结果表明,空化泡的初生和溃灭都会产生冲击波... 含沙水流中,颗粒附近空化泡溃灭产生的冲击波是引起水力机械过流部件表面损坏的原因之一。该文基于开源软件OpenFOAM,采用有限体积法及流体体积法对双颗粒附近空化泡诱导的冲击波进行了模拟。结果表明,空化泡的初生和溃灭都会产生冲击波,且空化泡与颗粒间的距离是影响冲击波产生和发展的主要因素。根据空化泡形态演化、射流和冲击波的产生和发展过程,识别到4种典型物理现象。空化泡分裂时产生的冲击波在液体中传播,而射流产生的冲击波在空化泡内传播。随空化泡与颗粒之间距离的增加,空化泡初生的冲击波引起的颗粒表面峰值压力逐渐减小。 展开更多
关键词 空化泡 颗粒 冲击波 压力脉动
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