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基于TR-PIV的刚性楔形体入水砰击载荷研究 被引量：7
1
作者 周广利 佘文轩 +1 位作者 郭春雨 吴铁成 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期31-37,共7页
针对物体入水问题,提出了一种基于时间解析粒子图像测速(TR-PIV)技术的刚性楔形体入水砰击载荷评估方法.通过高频率的TR-PIV测试系统得到砰击瞬时流场的流动信息,以此为基础采用分块多路径积分方案求解不可压缩纳维-斯托克斯方程重构砰... 针对物体入水问题,提出了一种基于时间解析粒子图像测速(TR-PIV)技术的刚性楔形体入水砰击载荷评估方法.通过高频率的TR-PIV测试系统得到砰击瞬时流场的流动信息,以此为基础采用分块多路径积分方案求解不可压缩纳维-斯托克斯方程重构砰击载荷.试验研究了刚性楔形体以垂直速度入水时的砰击载荷分布,并将试验结果与基于势流理论的二维楔形体入水问题解析解进行对比,验证了楔形体入水过程中基于TR-PIV技术进行砰击压力重构的准确性.结果表明:流场速度峰值主要分布在堆积区域,在砰击初期,该区域内流速迅速增加,约在10ms后流速逐渐降低并趋于平稳;压力场重构结果显示压力峰值同样始终分布在堆积区域,并沿着楔形体壁面向下迅速下降. 展开更多
关键词 刚性楔形体 入水砰击 PIV技术 不可压缩N-S方程 压力重构 分块多路径积分方案
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楔形体入水砰击问题研究与流场结构演变的POD分析 被引量：6
2
作者 佘文轩 周广利 +3 位作者 郭春雨 孙守超 宋妙妍 吴铁成 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期36-49,共14页
为了研究结构物入水砰击现象,以楔形体为研究对象,进行垂直入水砰击试验,采用时间分辨的粒子图像测速技术(TR-PIV)对楔形体入水砰击流场进行了细致的测量,同时应用流体体积函数法(VOF)和重叠网格技术对这一物理现象进行了相应的数值计算... 为了研究结构物入水砰击现象,以楔形体为研究对象,进行垂直入水砰击试验,采用时间分辨的粒子图像测速技术(TR-PIV)对楔形体入水砰击流场进行了细致的测量,同时应用流体体积函数法(VOF)和重叠网格技术对这一物理现象进行了相应的数值计算,采用本征正交分解方法(POD)对TR-PIV测量的瞬态结果进行分解,提取流场中含能大尺度的主要流动结构,并依据低阶空间模态进行流场重构.结果表明:本试验装置具有良好的试验可重复性和精确性;楔形体宏观运动响应和TR-PIV测量结果与数值模拟结果吻合较好;POD分解得到的空间模态表明前4阶空间模态占总湍动能的81%,楔形体入水砰击过程中大尺度流动结构从楔形体壁面逐渐向堆积区域转移;低阶POD模态可以很好地重构流场,选择适当的POD模态进行流场重构可以有效去除TR-PIV流场测量结果中的噪声. 展开更多
关键词 楔形体 入水砰击 TR-PIV VOF 重叠网格 POD
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楔形体入水的时间解析-粒子图像测速测试及数值研究 被引量：6
3
作者 佘文轩 郭春雨 +2 位作者 周广利 吴铁成 徐鹏 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期839-848,共10页
为了研究楔形体入水问题以及基于粒子图像测速(PIV)进行砰击压力间接评估的可行性,应用时间解析PIV(TR-PIV)技术对不同底升角楔形体入水过程中的流场进行测试.开展相应的数值模拟,依据PIV结果进行瞬时砰击压力重构.详细分析了入水过程... 为了研究楔形体入水问题以及基于粒子图像测速(PIV)进行砰击压力间接评估的可行性,应用时间解析PIV(TR-PIV)技术对不同底升角楔形体入水过程中的流场进行测试.开展相应的数值模拟,依据PIV结果进行瞬时砰击压力重构.详细分析了入水过程中的运动响应与流场结构,探讨了基于TR-PIV压力重构方案的准确性和适用性.结果表明:楔形体入水流场的TR-PIV测试结果与数值结果吻合良好.对于不同网格间距和时间步长,压力重构方案均具有良好的精确性.基于TR-PIV重构不同底升角楔形体的砰击压力场结果与数值结果吻合良好,砰击载荷的评估结果同样吻合良好. 展开更多
关键词 楔形体 入水 时间解析PIV 压力重构
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基于三维粒子图像测速技术的艉流场试验 被引量：6
4
作者 佘文轩 周广利 +2 位作者 吴铁成 张东汗 振前 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期26-33,共8页
为了解决船舶艉部流场复杂流动机理认知困难的问题,本文依托哈尔滨工程大学船模水池实验室拖曳水池中的大型水下三维粒子图像测速系统,以具有槽道U型船艉的某型号单桨商船缩比模型为研究对象,对设计工况下不同截面处的船舶艉流场进行测... 为了解决船舶艉部流场复杂流动机理认知困难的问题,本文依托哈尔滨工程大学船模水池实验室拖曳水池中的大型水下三维粒子图像测速系统,以具有槽道U型船艉的某型号单桨商船缩比模型为研究对象,对设计工况下不同截面处的船舶艉流场进行测量。测量结果展现了舭涡、螺旋桨毂帽涡以及"钩状"速度等值线等流动结构。同时对不同截面位置处的船舶艉流场进行了3方向速度、涡旋强度以及涡量等对比分析。分析结果表明:与一般U型艉肥大型船舶艉流场相比,具有槽道U型船艉流场在其结构形式中同样具有强烈的船艉舭涡和"钩状"速度等值线。但是其船艉舭涡和"钩状"结构有明显的向船中收缩趋势,受船中向内的凹陷船体表面影响,具有明显的边界层流场收缩现象。 展开更多
关键词 三维粒子图像测速系统 船舶艉流场 舭涡 毂帽涡 槽道U型船艉 涡旋强度 涡量
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单气泡上浮运动的层析PIV实验研究 被引量：3
5
作者 左峥瑜 佘文轩 +3 位作者 高琪 廖相巍 赵亮 邵雪明 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期328-339,共12页
为了揭示上浮过程中的尾流涡结构及其与气泡之间的相互作用,分别采用阴影图像法和层析PIV技术,对单个气泡在静止水中自由Z字型上浮的过程进行了实验研究,得到气泡的形状、运动和三维的尾流速度场。采用λci涡判据和有限时间李雅普诺夫指... 为了揭示上浮过程中的尾流涡结构及其与气泡之间的相互作用,分别采用阴影图像法和层析PIV技术,对单个气泡在静止水中自由Z字型上浮的过程进行了实验研究,得到气泡的形状、运动和三维的尾流速度场。采用λci涡判据和有限时间李雅普诺夫指数(Finite-time Lyapunov exponent,FTLE),从速度场识别出三维的尾流涡结构和二维的拉格朗日拟序结构。结果表明,Z字型上浮过程中,气泡周围环绕有涡环,涡环会沿运动路径脱落交替的、方向相反的发卡涡;单个发卡涡脱落过程中,气泡底部的FTLE脊线会形成一个位置不对称的流量窗口。由此可得到结论:发卡涡的周期性脱落,使涡环相对于气泡的对称性被周期性交替破坏,导致气泡形成Z字型周期运动;单个发卡涡脱落过程中,涡环两侧各自对发卡涡的流体输运存在差异。 展开更多
关键词 单气泡上浮 层析PIV 三维尾流结构 李雅普诺夫指数 流体输运
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基于SPIV的船舶标称伴流场受装载状态影响的试验研究 被引量：3
6
作者 吴铁成 郭春雨 +2 位作者 骆婉珍 赵大刚 佘文轩 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期98-107,共10页
论文以某76000 DWT巴拿马散货船的缩比模型为研究对象,应用粒子图像测速(ParticleImage Velocimetry,简称PIV)技术对设计吃水与压载吃水装载状态下船舶的标称伴流场进行了测量,测量结果精细的展现了舭涡、假毂毂帽涡以及"钩状"... 论文以某76000 DWT巴拿马散货船的缩比模型为研究对象,应用粒子图像测速(ParticleImage Velocimetry,简称PIV)技术对设计吃水与压载吃水装载状态下船舶的标称伴流场进行了测量,测量结果精细的展现了舭涡、假毂毂帽涡以及"钩状"速度等值线结构,其流场特性与KVLCC,JBC等U型艉肥大型船舶艉流场特性符合。最后,对设计吃水与压载吃水工况下船舶标称伴流场进行了轴向速度分布,速度矢量分布、旋涡强度、涡量以及流线等对比分析。结果表明:桨盘面内流场受船舶装载状态影响较大,外流场区域受装载状况影响较弱。设计吃水状态下螺旋桨盘面舭涡呈现"圆形"而压载吃水状态呈现为"耳形"且设计吃水状态涡量较大。另外,不同装载状态下舭涡与假毂毂帽涡的旋涡中心不同。 展开更多
关键词 PIV测量技术 标称伴流场 压载吃水 舭涡 毂帽涡
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基于层析PIV的椭圆水翼近尾迹梢涡实验研究
7
作者 赵航 佘文轩 +1 位作者 高琪 邵雪明 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期82-91,共10页
梢涡空化作为一种常见的空化现象,广泛存在于水力机械及船舶推进领域。梢涡空化初生与桨叶梢部的旋涡流动密切相关,因此有必要深入研究梢涡流场,揭示其流动特征与空化的内在联系。基于高时间解析度的层析PIV技术,在高速空泡水洞中对椭... 梢涡空化作为一种常见的空化现象,广泛存在于水力机械及船舶推进领域。梢涡空化初生与桨叶梢部的旋涡流动密切相关,因此有必要深入研究梢涡流场,揭示其流动特征与空化的内在联系。基于高时间解析度的层析PIV技术,在高速空泡水洞中对椭圆水翼的近尾迹梢涡流场开展了实验研究。结果表明:梢涡在近尾迹区域内存在明显的摆动现象,未考虑旋涡摆动的时间平均会在时均流场中引入额外的误差,因此在梢涡特性的定量研究中有必要滤除旋涡摆动的影响;在水翼脱落剪切层的作用下,涡核中心两侧的切向速度分布明显不对称,且在剪切层与涡核之间存在高速轴向流动区域;梢涡流场中的湍流脉动能量主要集中在涡核内部,且由法向、展向速度脉动主导。结合前人研究,发现法向、展向速度脉动是涡核内部湍流压力脉动的主要来源。 展开更多
关键词 椭圆水翼 梢涡 层析PIV 流场测量 涡运动
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任意边界船艏入水的PIV测试与流动特性研究 被引量：3
8
作者 佘文轩 郭春雨 +2 位作者 周广利 吴铁成 郐云飞 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第11期1452-1460,共9页
为了探究曲率复杂的任意边界船艏入水过程中细节流场结构的动态演变与砰击过程中流动分离、卷气等复杂现象的发生机理,本文应用高频响的时间解析PIV(TR-PIV)技术对船艏模型以不同初速度入水过程中的流场进行动态捕捉,详细分析了其运动... 为了探究曲率复杂的任意边界船艏入水过程中细节流场结构的动态演变与砰击过程中流动分离、卷气等复杂现象的发生机理,本文应用高频响的时间解析PIV(TR-PIV)技术对船艏模型以不同初速度入水过程中的流场进行动态捕捉,详细分析了其运动响应与流场结构。测试结果表明:较低入水初速度时,初次砰击到二次砰击有缓慢过渡过程,船艏内凹壁面会引导射流形成低速回流,而船艏外飘部分压迫水体产生流动鞍点,并由于无滑移壁面作用,会在内凹壁面处形成强剪切层;较高入水初速度时,会发生剧烈的二次砰击作用,主要是由于高速的射流发生流动分离,直接脱离船艏底端,与外飘部分相互作用,形成闭合气腔,并在气腔顶端形成流动鞍点,同时椭圆形气腔受压缩逐渐向圆形发展。 展开更多
关键词 任意边界船艏 时间解析PIV技术 二次砰击 鞍点 射流
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