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气泡动力学研究进展 被引量:2
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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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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
8
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
9
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
10
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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鲹科鱼类中鳍相互作用对自主游动性能影响研究
11
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
12
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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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
13
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
14
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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绕弹性水翼云状空化多级脱落特性研究
15
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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采用阻流器的近壁面海底管道绕流研究
16
作者 王杰 刘政沅 +2 位作者 张彬滨 宋朝 周波 《大连理工大学学报》 CAS 北大核心 2025年第1期89-96,共8页
为深入了解采用阻流器的海底管道自埋机制,基于Fluent软件,结合标准k-ε湍流模型,建立了高雷诺数下安装阻流器的近壁面海底管道绕流数值模型,研究了阻流器长度和间隙比对管道尾流与壁面边界层之间复杂的相互作用以及时空演化的影响.研... 为深入了解采用阻流器的海底管道自埋机制,基于Fluent软件,结合标准k-ε湍流模型,建立了高雷诺数下安装阻流器的近壁面海底管道绕流数值模型,研究了阻流器长度和间隙比对管道尾流与壁面边界层之间复杂的相互作用以及时空演化的影响.研究结果表明采用阻流器可以显著增大管道与壁面之间流速以及管道附近脉动速度,但当阻流器长度达到临界值时,管道尾部会形成稳态结构.随着间隙比的增大,尾流演化可以分为4个区域:稳态结构、两次诱导壁面涡、单次诱导壁面涡、卡门涡街.适当的间隙比有利于诱导壁面旋涡的产生,从而加快管道周围沉积物冲刷. 展开更多
关键词 阻流器 海底管道 壁面 圆柱绕流 湍流
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基于OpenFOAM的波浪与浮冰相互作用研究
17
作者 周展羽 王亦晗 +1 位作者 倪宝玉 狄少丞 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第7期1287-1295,共9页
针对极地开发中浮冰与波浪相互作用规律认识不足和国内自编程模拟浮冰与波浪相互作用经验不足的问题,本文基于开源计算流体力学软件包OpenFOAM构建了适用于波浪与浮冰相互作用的求解器overWaveFoam,基于该求解器构建了一种波浪-浮冰模型... 针对极地开发中浮冰与波浪相互作用规律认识不足和国内自编程模拟浮冰与波浪相互作用经验不足的问题,本文基于开源计算流体力学软件包OpenFOAM构建了适用于波浪与浮冰相互作用的求解器overWaveFoam,基于该求解器构建了一种波浪-浮冰模型,通过与实验结果的对比验证了该模型的可靠性,并基于该模型对不同参数下的浮冰运动响应和波浪周期进行了研究,结果表明:正方形薄冰的垂荡和纵摇运动的幅频响应随波陡的增大而减小,相对周期随波陡增大而增大,漂移速率与波速的比值与波陡呈二次方关系;浮冰各自由度运动周期与波浪周期的比值均随波长的增大而减小;在冰厚较大时,垂荡幅频响应曲线出现峰值,峰值随着冰厚增加而增大,表明浮冰与波浪的共振现象逐渐增强;在相对波长大于7时,浮冰可视为水质点进行处理。 展开更多
关键词 浮冰 规则波 运动响应 两相流 有限体积法 重叠网格 松弛法 求解器 OPENFOAM
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加减速时变流场下球体水动力载荷特性试验研究
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作者 郭正阳 张鹏 +2 位作者 任浩杰 姚鸿飞 杜君峰 《中国海上油气》 北大核心 2025年第3期254-263,共10页
在海底采矿和深水整平等实际工程应用中,矿石和石料等类球体颗粒在管道中的运动及载荷特性直接决定了深海采矿泵机功率选择以及深水整平管道阻塞概率。针对当前管道中类球体存在的时变流场水动力载荷特性认识不清问题,搭建加减速球体水... 在海底采矿和深水整平等实际工程应用中,矿石和石料等类球体颗粒在管道中的运动及载荷特性直接决定了深海采矿泵机功率选择以及深水整平管道阻塞概率。针对当前管道中类球体存在的时变流场水动力载荷特性认识不清问题,搭建加减速球体水动力载荷测定试验装置,开展了匀速和加减速球体拖曳模型试验,同步测得球体运动及水动力载荷信息,采取遗忘因子最小二乘法对加减速状态下时变水动力载荷系数进行识别。结果表明:在加速和减速状态下,水动力载荷和载荷系数表现出滞后和非对称特点,其在加速阶段明显大于减速阶段;与匀速状态相比,加速与减速情况下,球体所受到的拖曳力系数和附加质量系数明显偏大;加速与减速状态下水动力载荷系数随无因次加速度因子增大呈增长趋势。该研究揭示了加减速时变流场对球体水动力载荷特性的影响,对海底采矿和深水整平等工程应用提供了参考。 展开更多
关键词 海底采矿 时变流场 球体 水动力载荷 模型试验 遗忘因子最小二乘法 拖曳力系数
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黏弹性流体内近刚性边界单空化泡动力学特性数值模拟
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作者 曾添宝 郑智颖 +1 位作者 何志博 黄勇浩 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第10期1-11,共11页
空化在医学领域已被应用于组织消融和结石破碎等治疗过程中。考虑到在医学领域的应用中,空化通常发生在具有黏弹性效应的人体内环境液体中,对黏弹性流体中空化泡动力学特性的研究将为医学领域空化的合理应用提供支持。为此,采用数值模... 空化在医学领域已被应用于组织消融和结石破碎等治疗过程中。考虑到在医学领域的应用中,空化通常发生在具有黏弹性效应的人体内环境液体中,对黏弹性流体中空化泡动力学特性的研究将为医学领域空化的合理应用提供支持。为此,采用数值模拟的方法,通过开源计算流体力学平台Open FOAM开发黏弹性流体中可压缩气-液两相流求解器,对不同流变学参数下黏弹性流体中刚性边界附近单空化泡进行数值模拟,并与牛顿流体中相应工况进行对比,分析流体黏弹性效应对空化泡动力学特性的影响。结果表明:流体黏弹性效应将抑制空化泡的生长以及溃灭时形成射流的强度,并减小空化过程对边界产生的压力载荷;且发现流体黏弹性效应对空化泡的抑制作用受流体流变学特性影响,当松弛时间增加时,空化泡在生长初期储存更多弹性势能,并在后期释放,使空化泡生长过程延长,最大尺寸增大;而当迁移系数增加时,空化泡在生长过程中能量耗散增加,空化泡的最大尺寸减小;空化泡溃灭时形成射流的速度和对边界的冲击压力,随空化泡与边界之间距离的增加而先增大后减小。本研究可为黏弹性流体中空化泡的应用提供理论支持,也可以促进在化工乳化、海水淡化、石油运输等领域空化的合理利用及有效防治。 展开更多
关键词 水动力学 黏弹性流体 空化泡动力学 流变学参数 微射流
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横摇晃荡作用下养殖工船养舱旋涡流场特性分析
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作者 刘泰金 王银涛 郭晓宇 《南方水产科学》 北大核心 2025年第3期1-14,共14页
大型深远海养殖工船载有循环水养殖舱,其内部会形成绕垂向中心轴旋转的排水涡(称为“澡盆涡”)。在真实海况作用下,船载养殖舱产生晃荡,而液舱晃荡对澡盆涡流场的影响不明,很可能会破坏流场中的速度分布。由于流场速度分布直接影响鱼类... 大型深远海养殖工船载有循环水养殖舱,其内部会形成绕垂向中心轴旋转的排水涡(称为“澡盆涡”)。在真实海况作用下,船载养殖舱产生晃荡,而液舱晃荡对澡盆涡流场的影响不明,很可能会破坏流场中的速度分布。由于流场速度分布直接影响鱼类的生长环境质量,因此液舱晃荡与排水涡流场耦合产生的流场特性,尤其是其流场结构特征与湍流统计特性亟待探究。采用数值模拟方法,考察了横摇运动对养殖舱流场特性的影响。通过比较3种工况(静止水循环养殖舱、仅晃荡养殖舱及晃荡水循环养殖舱)的流场特性,揭示了漩涡流场与晃荡的耦合作用,包括中心涡结构的扭转、速度场的不对称性和螺旋状表面波的产生。基于不同周期和振幅的晃荡工况模拟,研究发现:1)在小振幅工况下一定频率范围内,晃荡影响随频率的增加而增强;2)在长周期工况下,晃荡影响随幅角的增大而增强。这种动态响应的特性最终引发涡结构的破坏。除小振幅长周期激励的一般海况外,进一步考察了高频率/大振幅激励的极端海况,通过平均速度和湍流统计参数等分析,揭示了在这2种晃荡工况下的旋涡破坏机制差异:当晃荡频率接近养殖舱固有频率时,晃荡-水循环强耦合导致液面出现剧烈破碎和翻卷现象,并伴随流动形态从单向波向回旋波发展的趋势;而在大振幅长周期激励下,当晃荡的幅角增大到一定程度时,晃荡逐渐占据流动的主要因素,漩涡流动被破坏,但不存在回旋波趋势或自由面破碎。 展开更多
关键词 养殖工船 养殖舱 晃荡 排水涡 数值模拟
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