错列不等直径双圆柱绕流特性数值研究

为研究低亚临界雷诺数Re情况下错列角度θ对不等直径双柱体绕流特性的影响,利用Fluent软件模拟了Re为3 900、间距比G/D为2.0、直径比D/d为0.5、θ=0°~180°之间9种角度的绕流过程,得到了流场涡量图、斯特鲁哈数St_1和St_2、平均阻力系数C_(d1)和C_(d2)以及平均升力系数C_(l1)和C_(l2)。研究结果表明,随着θ的从小到大,St_1先增大后减小,且在θ=30°和180°时有两个值,St_2在θ=120°~150°时明显小于其它角度;C_(d1)和C_(d2)的整体趋势都是先增大后减小,C_(l1)在θ=150°时取得极大值,C_(l2)在θ=30°时取得极小值。θ=0°时,两柱后方有单一涡脱落形态;θ=30°时,小柱后方有稳定漩涡脱落产生,大柱后方涡脱落受到干扰,且大柱有两个涡脱落频率;θ=45°~90°时,在间隙流的作用下,两柱后方均有漩涡脱落,尾流中有两列涡街;θ=120°~180°时,大柱后有稳定漩涡脱落,小柱涡脱落受到抑制。研究结果可为相关海洋工程设计提供参考。     

一场典型的冰雪雨水泥石流过程

1989年7月26日,贡嘎山东坡南关沟发生了一场典型的冰雪雨水泥石流。它下行30多公里后堵塞大渡河,造成直接经济损失245万元。这场泥石流历时约3小时,持续流动时间2小时。到达大渡河时的流速9.4米/秒,最大流量6768.0立方米/秒,总径流量1716.4万立方米,总输沙量627.0万立方米,残留沉积物总方量310.4万立方米(其中泥石流堵塞大渡河的扇形地方量30.0万立方米),弯道爬高15.5—16.5米。输往堵河扇形地下游方的固体物质方量是扇形地方量的19.9倍,泥石流尾流作用强烈。     

东大港水道流速垂线分布探讨

对辐射沙洲海域东大港水道4号站位连续2个潮次的流速测量资料进行了分析、研究,拟合给出了流速垂线分布关系,并根据实际测量资料率定了该站位各时刻6个水层的浑水水流的尾流函数项表达式,这些表达式表明浑水水流的尾流函数项是相对深度和摩阻速度的函数。     

基于尾流振子模型的海底管跨动力特性研究

以海底细长柔性管跨结构为研究对象,分析了当管外流体流经管道时产生涡激振动的动力学特性及其相关影响参数。为了考察海底管跨的振动响应,将尾流振子模型与管跨的振动方程相结合,得到了流固耦合系统的振动响应分别由两个变量为管跨位移和尾流举升力的偏微分方程描述。使用van der Pol非线性振子模拟作用在管跨上的振动尾流,通过实例的计算与分析,确定几个重要参数对管跨振动响应的影响程度。     

内波流场中悬链线立管涡激振动数值研究

基于内波流场的eK dv理论并结合尾流振子模型和挠性立管的非线性振动方程建立内波流场中悬链线立管计算模型,研究了内波流场中悬链线立管升力方向运动的响应问题,并分析了内孤立波波高和密度跃层位置对悬链线立管升力方向响应的影响.结果表明:内孤立波经过悬链线立管时会引起突然增大的涡激振动,其中高阶模态占主导;涡激振动最大位移发...     

尾流中悬浮拦截弹环境噪声特性研究

尾流自导鱼雷对水面舰艇构成严重威胁。 为了把悬浮拦截弹被动拦截方式从非尾流区域扩展到尾流区,拦截尾流自导鱼雷,需要研究尾流内噪声特点,分析出拦截弹在尾流区的环境噪声特性。 基于悬浮拦截弹对不同吨位舰船尾流噪声进行研究,结合高阶累积量从概率论的角度出发,计算了尾流噪声的斜度和峰度随尾流年龄的变化规律;噪声斜度判断噪声是否满足对称分布,峰度判断噪声是否为高斯信号。 将实测数据与仿真数据峰度和斜度进行比对,得出结论：舰船尾流噪声环境可以近似看作是高斯信号,服从对称分布,且该分布特性与舰船吨位不相关。     

结构与尾流非线性耦合涡激振动预测模型

预测圆柱涡激振动的尾流振子模型中,通常采用线性的耦合模型,例如位移或者速度、加速度耦合来表征结构对尾流的作用。三种线性模型在预测圆柱锁频阶段的动力特性时存在差异,而且适用范围也受质量比的限制。提出了考虑结构与尾流动力非线性耦合的模型,该模型基于加速度耦合并结合速度耦合进行修正,适用范围不受质量比的影响;与实验结果的对比表明该模型可以更合理地给出锁频区域以及结构位移响应和尾流升力。最后,利用新模型讨论了质量比对锁频阶段结构振动幅值、尾流升力及频率比的影响;结果表明,随着质量比的增大,结构锁频区域变窄,结构振幅和尾流升力幅值减小。     

多跨海底管道横流向涡激振动预报模型

基于欧拉-伯努力梁理论确定了多跨管道结构振动方程,采用非线性Van der pol方程描述旋涡脱落的尾流动力特性,利用弹簧模拟两端和中间的复杂边界约束,构建了多跨海底管道横流向涡激振动预报模型。基于模态正交性展开流-固耦合作用方程,对各阶主坐标响应进行数值求解。对比了本模型预报结果与试验结果、软件分析以及DNV规范推荐值,吻合情况比较理想。本模型可为深海多跨管道涡激振动的研究、防范和治理提供有效的分析方法。     

潮流能水轮机仿真及尾流场分析

为了研究潮流能水轮机尾流场的变化规律,本文在水平轴水轮机现有理论基础上,采用计算流体力学技术建立了数值模型,计算了水轮机的功率特性,进行了网格独立性验证,比较了模型中旋转区域不同对结果的影响。仿真结果与试验结果进行了对比分析,验证了数值模型的有效性。研究了全工况下尾流场速度衰减随尖速比和距离变化的规律,结果显示在小尖速比下尾流场速度恢复情况相对大尖速比下较好;靠近水轮机轮毂中心线位置处,衰减相对较大。研究建议水轮机在同等功率表现下尽量选择在小尖速比下工作,水轮机组在实际排列时避免采用成列布置,水轮机设计阶段应综合考虑功率特性和尾流场衰减。本文研究内容可以为潮流能水轮机的研究以及阵列式应用提供参考。     

沉水植被斑块尾流多尺度紊流结构研究

探究斑块尾流中多尺度紊流结构对理解植被群落影响下的泥沙输移规律和河床演化过程有着重要意义。通过室内水槽试验,分析不同高径比及植被体积分数影响下的斑块后水流特性,得到时均流速及雷诺应力分布规律;通过谱本征正交分解对其脉动场进行分析,探究不同尺度涡的空间模态及能量分布规律。研究结果表明：(1)冠层垂向剪切层内剪切强度及其最大量纲一剪切层垂向厚度随着植被体积分数增大而增大,随着高径比增大而减小。(2)斑块尾流中,大尺度涡旋对应频率集中在0.15～0.29 Hz,对应斯特劳哈尔数为0.16～0.32,垂向分布介于0.2～1.3倍植被高度,纵向分布介于2～6倍斑块直径,横向关于植被中心线呈现出非对称分布。(3)纵向出流流速及剪切层内紊动强度是影响稳定尾流区长度的重要因素。剪切层纵向输运速度随着纵向出流流速增大而增大,剪切层垂向扩散速度随着紊动强度的增大而增大。