影响内破裂因素的数值分析研究

根据气－液两相流理论，引入并改进了计算流体动力学方法（ＳＩＭＰＬＥ），对压力筒内的内破裂现象进行了系统的研究，本研究发展了一套不依赖于试验结果的预报方法，较之以前的理论研究结果有了长足的进展，所采用的模型与假设能用于多种内破状况的模拟与预报。本文对多种状态的内破裂进行了数值预报，对于一系列影响内破裂的因素及降低内破裂危险性的方法进行了分析研究，分析结果对海洋水下工程实践有重要意义。     

风暴浪导致的黄河口水下土体破坏试验研究

本文试验利用取自黄河水下三角洲的样品 ,重塑后铺设水槽底床进行水槽试验 ,并利用原状土进行动三轴试验 ,2种试验均测定土体内的孔隙水压力。根据各种情况下孔隙水压力的变化记录 ,表明土体破坏同时其孔隙水压力产生骤变。将本文试验结果与在黄河水下三角洲不稳定区的原位沉积动力学试验孔隙水压力测试结果对照 ,说明黄河三角洲水下斜坡某些土体的破坏 ,未出现波浪循环荷载作用下孔隙水压力积累升高所导致的土体液化破坏 ,而是风暴浪对海底的强切应力作用致使土体产生剪切破坏     

基于CFD的TBL脉动压力水下航行器流激噪声计算

高速航行时的水下航行器的水动力噪声问题一直尤为突出,水动力噪声分为流体脉动压力直接辐射声与流激噪声,流激噪声是结构表面受到湍流脉动压力引起结构振动产生的噪声。由于湍流扰动的随机性,表面脉动压力时空不均,在计算流激噪声时需要统计分析方法的介入。湍流边界层脉动压力的计算方法主要包括传统的半经验公式法计算和 CFD 流场分析计算,将二者相结合对流激噪声进行预报,在流场仿真中提取出频率波数谱预测模型所需的参数,分别使用有限元法和统计能量法代入并计算,对比结果与理论经验公式方法得到的结果,二者的噪声结果较为吻合。     

万米级深海陶瓷耐压结构水下内爆流场数值模拟

耐压结构是深海潜器的重要组成部分,但在深海的高压环境中却存在内爆的风险。为研究陶瓷耐压结构水下内爆的流场特性,使用针对可压缩多相流问题开发的开源代码,采用直接数值模拟,应用自适应直角网格,对两种压力条件下的耐压结构水下内爆进行了数值模拟。通过低压模拟结果与理论解和试验值比较,验证了模拟方法的有效性,进而开展万米级深海陶瓷耐压结构水下内爆模拟。分析发现：陶瓷耐压结构发生内爆后,其内部气腔存在多次压缩—反弹现象,深海环境压力越大则反弹越不明显;气腔反弹阶段,在结构外部将产生数倍于深海环境压力的冲击波,且传播速度接近声速;冲击波压力峰值与到球心距离呈负指数幂函数关系;在相同深海环境压力下,耐压结构外部监测点的冲击波压力与球体半径呈正比例关系。     

新型无尾翼水下滑翔器升阻比性能的研究

采用标准k-ε两方程涡粘性模型,压力的隐式算子分割算法(PISO)求解时均Reynolds方程(RANS),对三种新型无尾翼水下滑翔器的升阻比性能进行研究。先对滑翔器摩擦阻力的CFD模拟结果与理论计算结果进行对比分析,验证CFD模拟结果的合理性与可靠性;再对不同迎流速度、不同速度攻角下的试验工况进行数值模拟,分析不同试验工况下滑翔器的粘压阻力与升力,得到不同试验工况下滑翔器的升阻比性能。研究结果表明,新型无尾翼水下滑翔器在5°~15°攻角区间内具有良好的升阻比,小攻角下圆碟型和飞碟型滑翔器的升阻比性能优于椭圆型滑翔器,而大攻角下椭圆型滑翔器相对其它两种具有更佳的升阻比性能,为新型无尾翼水下滑翔器升阻比性能的研究提供一定的思路。     

黄河水下三角洲液化引起的灾害研究现状

对20世纪80年代以来有关黄河水下三角洲液化引起的灾害调查实例成果和诱发因素进行了简要汇总,认为该区这些灾害成因之一是液化破坏所致;然后,重点对近期液化破坏的两种研究方法(试验测试和数值计算)及其成果进行了综述,同时,分析了研究中存在的问题;最后探讨今后可进一步研究的内容,建立该区基本土性区域概况,测试波浪作用下土体的液化过程及建立液化引起的灾害发生过程及运移结果预测体系,是今后需要研究的核心内容。     

水下圆形截面缆索的流体动力性能的理论计算及试验研究

本文对锚索及水下拖索的阻力、性状及其计算问题进行了初步的探讨,得出了计算均流中圆形截面揽索的阻力、阻力系数、张力以及缆索形状的公式,并根据这些公式编制了计算机程序,同时运用此程序对水下拖索的实例进行了计算。另外,对各种不同流态、不同倾角下的圆形截面缆索、带整流扳缆索以及流线型截面缆索做了风洞试验,并将试验所得的阻力系数与本文导出的理论公式计算所得的阻力系数进行了比较,结果两者符合较好。     

基于LES和FEM/AML方法对潜标结构流噪声预报研究

为了更合理地预报潜标结构在海洋环境下的流噪声情况,采用基于大涡模拟(LES)结合远场自动匹配层(FEM/AML)技术的声学混合方法,以某NACA翼型结构为研究对象对其进行水下声学分析。该方法得到了频域条件下标体结构在特征点处的声压级频率响应曲线与表面声压分布情况,并与FLUENT计算结果进行对比,脉动压力结果与表面声压分布吻合良好,证明了该方法预报水下结构流噪声的可靠性。研究结果表明,标体结构流噪声能量主要集中在低频段,集中区域位于该标体的中后段,辐射噪声沿标体结构上下表面成瓣状分布,标体中部辐射范围大,标体头部、尾部辐射范围较小。     

黄河水下三角洲沉积物在循环荷载作用下土体中孔压变化实验研究

利用室内周期循环加载试验 ,对黄河水下三角洲土体中孔隙水压力的变化加以测定 ,通过对波浪水槽试验和动三轴试验 2种方案所获数据分析认为黄河水下三角洲土体 (粉土、粘质粉土、粉质粘土 )存在一破坏的循环极限荷载。在小于此极限循环荷载作用情况下 ,土体中孔隙水压力总体呈现下降趋势 ,没有积累升高的过程 ,不同于砂土在循环荷载作用下孔隙水压力升高导致液化的情况。这一现象对判别黄河水下三角洲土体破坏机制的研究有重要意义。     

海上人工岛在地震作用下动水压力研究

海上人工岛的地震载荷主要是地震惯性力和动水压力.本文根据人工岛结构与流体相互作用的特点,应用线性势流理论,用解析方法推导出地震作用下大尺度水下圆柱体的动水压力解析解,从而可求出圆形人工岛岛体表面上任意一点的动水压力、岛体分层单位高度上的动水压力、总动水压力以及岛体动水压力沿铅直方向和水平面上的分布,以满足人工岛结构计算和整体性能计算的需要.本文利用推导的公式和编制的程序对我国第一座浅海石油勘探开发人工岛实例进行计算分析,取得良好的成果.     

海底管道维修管卡密封结构的性能分析及测试

密封压力是带压堵漏维修管卡的关键性能。介绍了323.9 mm(API 12英寸)维修管卡样机的总体结构及密封原理,选用接触压力准则作为管卡的密封评价准则,利用ANSYS Workbench软件建立了管卡密封结构的二维轴对称有限元模型,分析了密封结构闭环中薄弱部分在不同密封圈压缩量下的接触压力,然后试验测试了管卡样机密封圈压缩量和密封压力,并与有限元计算接触压力进行了对比。分析结果表明管卡密封结构最薄弱部分的接触压力随着周向密封圈压缩量的增大而增大,且主要是中间接触部分起到密封作用。通过试验验证了理论分析的管卡密封结构最薄弱位置,并发现相同密封圈压缩量下试验测试的密封压力与计算的接触压力近似,两者的变化趋势基本一致。有关分析思路和试验方法可以为管卡密封结构的设计提供重要参考。     

不同间距大直径圆筒防波堤波压力试验研究

通过开展物理模型试验,进行不规则波作用下不同间距大直径圆筒防波堤的波峰压力分布规律研究,分析了圆筒相对间距、相对水深、波陡等主要影响因素对圆筒波压力的影响规律,并通过波压力试验值与各家理论公式计算值的比较,进行不同间距圆筒波压力的计算方法研究。基于直立墙结构和大尺度孤立墩柱结构波压力公式给出修正系数以及横向衰减函数的拟合公式,用以计算圆筒周身不同位置处的波压力,从而为工程设计和理论研究提供参考。     

水下运动物体及海底地形的SAR探测的初步研究(一)水下运动物体的SAR仿真影像分析

当物体在水中运动时,它所引起的流场变化会调制海水表面的小尺度波动,从而可以被合成孔径雷达（ＳＡＲ）所探测。本文建立了一个三维半隐式格式,对水下运动物体的绕流问题进行了数值计算。在袁业立有关海波高谱形式及ＳＡＲ影像原理的理论分析基础上,本文进一步计算了水下运动物体ＳＡＲ影像的Ｇ值分布图,并讨论了物体深度、海水水深、海表面主波方向对水下运动物体ＳＡＲ影像的影响。     

水下运动物体及海底地形的SAR探测的初步研究：（一）水下运动物体的SAR仿？？

当物体在水中运动时,它所引起的流场变化会调制海水表面的小尺度波动,从而可以被合成孔径雷达（ＳＡＲ）所探测,本文建立了一个三维半隐式半格式,对水下运动物体的绕流问题进行了数值计算,在袁业立有关海波高谱形式以ＳＡＲ影像原理的理论分析基础上,本文进一步计算了水下运动物体ＳＡＲ影像的Ｇ值分布图,并讨论了物体深度,海水水深,海表面主波方向对水下运动物体ＳＡＲ影像的影响。     

海啸是怎么发生的

海啸是指由水下地震、火山爆发或水下地陷所激起的巨浪。日本人则特指涌向湾内和海港的破坏性的大浪,并称之为“津波”。海啸一般与地震相联系,有破坏性的地震海啸,一般只要震源深度在20公里左右,里氏震级大于6.5级的条件下才会发生。水下核爆炸也可产生人造海啸。海啸是一种频率介于潮波和涌浪之间的重力长     

水射流辅助动力沉桩技术研究

水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩是一种有效处理土塞问题使桩达到标准贯入深度的辅助沉桩方法,而该项技术的关键是水射流对桩内土塞的破坏。借助理论分析、数值模拟和模型实验进行水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩研究。首先进行射流破坏土塞理论分析,定性地说明水射流破坏土塞能力与水射流压力、流量等参数有关;然后对不同形状喷嘴形成的射流的破坏土塞能力进行数值模拟,得到六种喷嘴射流作用下土塞内的最大、最小应力;再通过模型实验对有无射流辅助沉桩的沉桩锤击数进行对比,结果表明水射流辅助沉桩的锤击数少于无射流辅助沉桩的锤击数,说明水射流可用于辅助动力沉桩。最后设计出水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩工艺步骤。     

内孤立波数值模拟方法研究

本文选用RNGk-ε湍流模型封闭二维不可压缩N-S方程组,选用KdV、mKdV理论作为输入条件进行内孤立波造波模拟。运用流体模拟软件Fluent建立二维内波数值水槽,用动网格手段实现网格变形模拟物理边界造波法,用VOF方法进行密度分层流体的内界面追踪,对不同非线性强度的二相流内孤立波进行了数值模拟。并将数值模拟结果与KdV、mKdV理论波形以及内波试验水槽所造内孤立波进行对比,验证了此套造波方法在Fluent中进行内孤立波模拟的可行性。     

摆动尾鳍水动力性能的试验和数值研究

鱼类能够在水下高速度、低噪音、高效率地游动。鱼类出色的推进性能通过其摆动尾鳍实现。这种摆动尾鳍推进方式已经用在了水下无人航行器上。因此研究摆动尾鳍的水动力性能是非常有意义的。对摆动尾鳍的推进水动力性能进行了详尽的研究。设计、装配了一套仿尾鳍推进系统,并对其进行了相应的水动力试验。在试验中研究了运动参数对摆动尾鳍水动力性能的影响。与此同时,采用基于雷诺平均N-S方程的数值方法对摆动尾鳍的水动力性能进行了研究。在数值计算中采用了k-ωSST湍流模型和有限体积法。数值计算结果和水动力试验结果进行了比较。对尾鳍表面的压力分布和流场中的尾涡结构进行了分析。水动力试验和数值计算都表明摆动尾鳍可以产生推进力和较高的推进效率。     

水下作业工具液压动力源的研制

通过水下作业工具的有关技术的介绍 ,阐述了液压动力源的基本构成及工作原理 ,设计了水压力自动补偿器可消除深水压力对工具系统的影响 ,最后 ,经过试验验证了理论的正确性     

波浪与多孔介质结构相互作用SPH模拟

应用经CSPM法和黎曼解修正后的光滑粒子流体动力学(SPH)方法,建立了主动吸收无反射数值波浪水槽,研究波浪作用下多孔介质结构的水动力特性。流体运动控制方程采用N-S方程,多孔渗水结构内流体的运动控制方程考虑渗流力的影响。数值计算结果给出了水槽内不同位置测点的波面历时曲线和越浪量随时间变化曲线,并同试验结果和Philip Liu的数值计算结果进行了比较。并对一个波浪周期内斜坡堤多孔介质结构内外的速度场和压力分布进行了讨论分析。计算分析表明,数值计算波面较Philip Liu的计算结果与试验结果吻合更好。说明应用SPH方法建立的二维数学模型能够较好地模拟破碎波在多孔渗水斜坡上的爬坡和越浪。