网格参数与离散格式对潜艇阻力预报精度的影响

借助于计算流体力学软件,生成了2组不同网格数量和壁面Y+值的网格模型,并对潜艇周围流场进行了数值模拟,得到了不同航速下的潜艇阻力,然后结合试验数据进行了对比分析。研究发现:一阶精度离散格式的阻力计算结果误差过大不可信,而对于不同的离散格式,网格的细化都能提高计算精度;当网格模型壁面Y+值控制在200以内且采用二阶精度离散格式计算时,较稀的网格模型也能得到误差小于3%的计算结果。     

RBF神经网络在深V型滑行艇阻力预报中的应用

基于SV、JYK系列滑行艇的阻力、浸湿面积、航行纵倾角试验数据,采用RBF神经网络建立了深V型滑行艇阻力预报数值图谱;针对艇艉底部横向斜升角变化的有限试验数据,提出了一种基于小样本试验数据的阻力修正方法。试验表明,该方法对深V型滑行艇(折角线长度与最大折角线宽度比在4~5.5,面积负荷系数在5.5~7,重心纵向相对位置在3%~9%,艉部艇底斜升角在5°~25°之间变化)阻力预报是可行的。在相同精度下,针对该文研究的问题,RBF神经网络所需时间少于BP神经网络。     

考虑航行姿态的船模阻力及流场数值预报

为精确得到船模阻力及流场,研究了网格划分、湍流模型及船模姿态对预报结果的影响。首先,采用切割体网格技术及棱柱层网格技术划分了多套网格,研究网格尺寸大小及棱柱层参数对阻力、兴波及伴流场的影响;然后,比较了三种不同湍流模型在船模阻力及伴流场预报中的差异;最后,基于合理的网格划分及湍流模型,采用DFBI的方法预报了船模在不同航速下的姿态及阻力。计算结果表明:当Fr0.25时,不考虑航行姿态时阻力计算误差可达到18.3%。考虑航行姿态变化后,阻力计算误差小于3%;升沉和纵倾的计算值和试验值吻合较好。由此证明:采用DFBI方法考虑船体航行姿态的变化避免了网格变形或者重构,具有较好的收敛性和计算精度。     

基于单元变形的网格间流场信息传递方法

针对单元网格发生变形重构中新旧网格之间的数据插值问题,提出一种基于格点格式有限体积法的流场数据传递方法。利用非结构动网格技术,将旧网格单元移动到新网格单元,同时时间推进求解流场控制方程,获得移动后旧网格单元物理量,并将其赋给新网格单元,以此来实现两套网格间的信息传递。计算结果表明,该方法在信息传递过程中没有引入插值误差,理论上流场求解方法的精度就是信息传递精度,验证结果表明其显著优于二阶插值精度。     

重叠网格法在求解二维非定常欧拉方程中的应用

采用时间和空间二阶精度的ＴＶＤ格式数值模拟了二维楔的水平相对非定常运动过程与定常组合体流场。在数值模拟时，我们采用了重叠网格技术。这种方法大大减轻了复杂外形的网格生成工作量，而且重叠网格间可以有相对运动，这使我们对相对运动物体流场的数值模拟简便易行。     

AUSMPW+格式在高超声速热化学非平衡流数值模拟中的应用

将AUSMPW+格式应用到高超声速热化学非平衡流场的数值模拟中。为提高精度,采用了三阶MUSCL插值方法。与LU SGS方法结合,提高了单步计算效率和收敛性。采用热化学非平衡十一组元气体模型求解了非定常轴对称Navier Stokes方程组,得到了收敛结果。数值模拟结果与文献结果进行了对比,并在弹道靶中进行了钢质圆球的实验验证。计算结果与文献、实验的对比说明,AUSMPW+格式可以在热化学非平衡流的数值模拟中精确地捕捉到强弓形激波,得到准确的空气动力系数。     

船舶气层减阻多相流数值模拟方法适配性研究

为探索船舶底部喷气减阻多相流数值模拟方法,基于FLUENT计算软件,分别使用Mixture、VOF和Eulerian三种多相流模型、选择不同的湍流模型和网格参数,对平板底部气液混合流和气液分层流两种情况进行了数值模拟,并与试验结果进行对比验证,分析了气层形态、减阻率等因素的计算误差。研究结果表明:在选择合适的湍流模型及网格参数的前提下,采用Mixture模型计算平板无凹槽的气液混合流能够较好地模拟气层形态,同时模型的减阻率预报也具有一定精度;而采用VOF模型计算平板凹槽内的长气穴能够较好模拟气穴内气层波动情况和预报减阻率。     

船用液力偶合器内部流场的CFD数值模拟

针对目前国内对液力偶合器流场三维仿真计算均采用的只取泵轮和涡轮等过度简化几何模型导致不能真实模拟内部流场,以及使部件强度分析无法开展的问题,依据"泵轮+涡轮+转动壳体"的原几何标准,采用CFD技术,并通过几何建模、网格划分和数值计算等步骤对某液力偶合器在多种滑差工况的内部流场进行了数值计算。数值计算结果表明:计算值与台架试验值的误差均满足工程要求,由此证明了该方法的正确性。     

穿浪双体船迎浪纵向运动和阻力增值数值分析

针对穿浪双体船(WPC)航速高、航行姿态变化显著,传统方法难以准确预报其耐波性的现状,采用RANS方程及VOF算法模拟了船体兴波自由面,使用Overset技术实现了船体运动区域与周围流域物理量的插值求解,建立了穿浪双体船在波浪中运动及阻力增值计算方法,并通过计算结果与模型试验数据及切片法计算结果的对比发现,该方法较切片法预报精度显著提高,从而验证了该方法的有效性。数值计算结果还表明:该船波浪中的运动是以静水航行姿态为平衡位置的摇荡运动;不同波长时,阻力增值中摩擦阻力与压差阻力的贡献有所变化,在短波中(λ/L≤1.4),58.9%≤ΔRf/ΔRt≤72.4%,在长波中(λ/L1.4),59.9%≤ΔRp/ΔRt≤70.0%。     

迎风格式在接触间断的数值耗散及其诱导误差

在不同流场参数条件下对三种迎风格式在接触间断中的数值耗散问题进行了数值实验,并对数值耗散产生的机理进行了分析。数值计算结果和理论分析表明,矢通量分裂格式计算接触间断问题时,若流场静止或流场内存在亚声速区域,密度耗散的产生会诱导出以特征速度运动的数值扰动误差,该误差对数值耗散的大小无影响,但会影响流场的速度及压力参数分布,从而改变流场的结构。在二维问题中,诱导误差相互干扰会产生大量的复杂小尺度结构,给流场结构分析带来困难。同时,在密度参数线性分布的流场中,若空间离散格式重构的对象为对流通量,使用矢通量分裂格式计算流场会产生数值误差,使计算精度难以到达二阶。     

基于STAR-CCM+的全附体潜艇尾流场数值分析

为充分了解潜艇周围的粘性流场特征,基于STAR-CCM+仿真软件对SUBOFF全附体模型的尾流场进行了数值模拟。通过将数值模拟结果与试验结果进行比较,系统分析了棱柱层网格的划分与湍流模型的选取对计算结果的影响。结果表明:SSTk-ω模型较适合应用在潜艇模型尾流场计算中,并且棱柱层的总厚度不能小于15mm,第一层计算网格节点到表面的无因次距离y+应在25到170之间。在此基础上,应用滑移网格技术对潜艇尾流场进行数值模拟,通过加密网格和减小时间步长使得轴向伴流分数与整体定常计算值吻合较好。     

高精度有限体积格式在三维曲线坐标系下的应用

为了构造在光滑区具有较高分辨率并且可以无振荡捕捉激波的高精度有限体积格式,同时降低格式在模板选择上遇到的困难,基于逐维重构方法,发展了结构网格下的高精度有限体积格式,并将这一格式推广到三维曲线坐标系下,从而可以适应相对复杂外形下的计算。为充分验证格式的有效性,选取一系列典型算例进行计算:在等熵涡输运和二维喷管流动中验证了格式的精度可以达到设计精度;在双马赫反射问题中格式也表现出良好的捕捉激波的能力。数值计算表明,上述格式在曲线网格上具有较高的数值精度和鲁棒的激波捕捉能力,适用于流体力学方程的计算。     

加权紧致非线性格式在热化学非平衡流数值模拟中的应用

高精度格式因其在较低的计算资源消耗下仍能保持足够的精度而在精细流动结构的模拟中具有独特优势。将显式5阶加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)引入二维高温非平衡流计算,进行自由流速度5.0~5.7 km/s的高焓风洞和高空条件下的圆柱非平衡流场数值模拟,得到正确的流场参数分布、壁面压力和壁面热流等结果与实验值吻合较好。计算结果表明,WCNS-E-5格式较2阶的MUSCL格式具有更好的热流网格收敛特性。分析并针对算例条件初步解决了高阶格式在刚性化学反应流模拟中的鲁棒性问题,为进一步采用高阶格式开展流场结构更加复杂的热化学非平衡流数值研究奠定了良好基础。     

WCNS格式在热化学非平衡流数值模拟中的应用研究

高精度格式因其在较低的计算资源消耗下仍能保持足够的精度而在精细流动结构的模拟中具有独特优势。首次将显式5阶加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)引入二维高温非平衡流计算。进行了自由流速度5.0~5.7km/s的高焓风洞和高空条件下的圆柱非平衡流场数值模拟,得到了正确的流场参数分布,壁面压力和壁面热流等结果与实验值吻合较好。计算结果表明WCNS-E-5格式较2阶的MUSCL格式具有更好的热流网格收敛特性。分析并针对算例条件初步解决了高阶格式在刚性化学反应流模拟中的鲁棒性问题,为进一步采用高阶格式开展流场结构更加复杂的热化学非平衡流数值研究奠定了良好基础。     

某两栖车绕流场数值模拟研究及外形优化分析

运用多块混合网格,采用RNG湍流模型、流体体积法(VOF)和PISO算法对某型两栖侦察车带自由表面的粘性绕流场进行了数值模拟研究,数值方法采用相关试验数据进行了验证,误差在9%以内.针对模拟结果显示的影响其水动力特性的主要结构部位和外形参数进行了优化,并计算分析了轮穴、车体切角、车轮状态以及车首导流板对两栖车航行性能的影响.计算结果表明,改进后的车体绕流场特性得到了较大的改善,航速10km/h时减阻效果可达原车总阻力的69.2%,有效地提高了某型两栖侦察车的航行性能.     

全附体潜艇模型回转运动流场数值模拟

为研究潜艇的回转运动,在RANS方程中引入旋转坐标系科氏力和艇体惯性离心力,并采用分块结构化网格技术,对全附体潜艇模型回转运动的流场进行了CFD数值模拟。首先,推导了旋转坐标系下流场计算的控制方程,给出了科氏力和艇体惯性离心力的表达式,并将其引入到动量方程中;然后,采用RNGk-ε湍流模型以及用户自定义函数方法设置了计算边界条件,数值模拟了全附体潜艇模型(DRAPA SUBOFF)的操舵定常回转运动流场;最后,分析了所计算流场的速度、压力和涡的分布及形态,分析表明计算结果符合其规律性。     

影响柴油机喷雾数值模拟精度的若干因素分析

为探明影响柴油机喷雾数值模拟精度的若干因素,采用通用商业软件FLUENT对柴油机喷雾特性进行了CFD模拟计算,分别研究了网格尺寸、喷雾粒子数和最大时间步长对油束几何形状及油束贯穿距的影响.结果表明,网格划分的精度和喷雾粒子数量的多少对计算结果的正确性和油束的几何形状有直接的影响,网格尺寸过大或喷雾粒子数过少则喷雾几何形状失真.最大时间步长对数值模拟的精度在一定的范围内影响是比较小的.     

计及航行纵倾变化的穿浪双体船阻力预报新方法研究

针对穿浪双体船航行纵倾随航速变化较为明显的特点,结合薄船理论和帐篷函数法,提出了一种计及艇体航行纵倾变化的穿浪双体船阻力预报方法.通过对某型穿浪双体船阻力的计算结果与模型试验结果的对比,考核了该预报方法的有效性,并得出穿浪双体船片体间距变化对阻力的影响规律,即片体间距越大,其兴波阻力、总阻力越小.研究表明,该方法能提高穿浪双体船的预报精度.     

基于CFD的两栖车辆水上阻力预测

针对两栖车辆水上阻力难于预测的问题,研究了基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的外流场数值计算方法,提出结合车辆水上运动模型预测车辆高速航行时水上阻力的方法,分析了外流场数值计算中数学模型、定解条件、两相流模型以及流场网格划分和边界条件处理方法等问题;通过修改刚体空间运动方程,构建了两栖车辆水上运动模型,实现了引入车辆水上运动模型的两栖车辆水上绕流场计算.试验结果表明:基于CFD的两栖车辆水上阻力预测方法具有良好的预测精度.     

凝结水泵三维流场数值模拟与分析

为深入理解和分析电站凝结水泵性能,采用计算流体力学方法(CFD)对其内部复杂的三维流场进行了数值模拟与分析.首先,建立了某三级凝结水泵各部件几何模型,并对其进行网格划分.通过求解RANS方程对凝结水泵内部三维流场进行数值求解,湍流流动采用SST模型进行模拟.计算得到该泵若干工况下的扬程和功率等性能参数和泵内部流动特征,计算结果与试验数据吻合很好.模拟结果及分析表明:采用CFD方法模拟结构复杂的凝结水泵内部流动和进行性能预报是可行的.通过内流场分析还发现导叶体等部件的设计有可改进之处.