应用Realizable k-ε湍流模型的振荡水翼绕流数值模拟研究(英文) 被引量：7

1

作者 刘臻 史宏达 刘芸 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期628-634,共7页

采用计算流体力学软件Fluent提供的Realizable k-ε湍流模型计算了振荡水翼的绕流问题,利用有限体积法求解雷诺平均N-S方程,空间离散应用二阶迎风格式,速度—压力耦合格式为SIMPLEC格式;为了验证该数值格式及湍流模型,计算了文献中的算... 采用计算流体力学软件Fluent提供的Realizable k-ε湍流模型计算了振荡水翼的绕流问题,利用有限体积法求解雷诺平均N-S方程,空间离散应用二阶迎风格式,速度—压力耦合格式为SIMPLEC格式;为了验证该数值格式及湍流模型,计算了文献中的算例并做了对比;考察了不同参数对振荡水翼周围流场及受力特征的影响,研究表明在一定水翼攻角条件下,水翼振幅及振荡频率均对振荡水翼的涡结构产生发展及其受力特征具有明显的影响. 展开更多

关键词 振荡水翼 数值模拟 FLUENT Realizable k-ε湍流模型

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振荡水翼弦向主动变形提高获能效率的机理研究

2

作者 姜祎萌 姚慧岚 《中国海洋大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期107-115,共9页

为探明振荡水翼弦向主动变形对获能效率的影响机理,应用结构变形方程结合动网格方法对水翼弦向变形进行主动控制,并通过求解雷诺平均纳维-斯托克斯(Reynolds-averaged Navier-Stokes, RANS)方程和Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型,对具有... 为探明振荡水翼弦向主动变形对获能效率的影响机理,应用结构变形方程结合动网格方法对水翼弦向变形进行主动控制,并通过求解雷诺平均纳维-斯托克斯(Reynolds-averaged Navier-Stokes, RANS)方程和Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型,对具有不同变形程度的振荡水翼获能过程进行数值模拟。分析了振荡水翼弦向主动变形对获能效率的影响规律,提出了考虑水翼运动和弦向柔性变形的有效攻角计算公式,并从一个周期内不同时刻漩涡同水翼相互作用、弦向压力分布以及有效攻角变化等角度对水翼获能差异进行分析,探讨水翼弦向主动变形影响下获能效率变化的根本原因。研究结果表明:相较于刚性水翼,振荡水翼弦向主动变形可以显著提高效率,可达19%,由结构变形引起的漩涡强度变化是获能效率提升的原因之一,但其作用比较有限,由结构变形导致有效攻角增大是效率提升的主要原因。 展开更多

关键词 振荡水翼 柔性变形 有效攻角 获能效率 数值模拟

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绕振荡水翼流动及其转捩特性的数值计算研究 被引量：6

3

作者 吴钦 王国玉 黄彪 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期60-69,共10页

通过对比标准k--ωSST湍流模型和基于标准k--ωSST湍流模型修正的γ--Reθ转捩湍流模型对绕振荡NACA66水翼流动的数值计算结果与实验结果,对水翼振荡过程的水动力特性和流场结构变化进行了分析研究.结果表明:与标准k--ωSST湍流模型的... 通过对比标准k--ωSST湍流模型和基于标准k--ωSST湍流模型修正的γ--Reθ转捩湍流模型对绕振荡NACA66水翼流动的数值计算结果与实验结果,对水翼振荡过程的水动力特性和流场结构变化进行了分析研究.结果表明:与标准k--ωSST湍流模型的数值计算结果相比,基于标准k--ωSST湍流模型修正的γ--Reθ转捩湍流模型能有效预测绕振荡翼型流场结构和水动力特性,捕捉流场边界层发生的流动分离和转捩现象;绕振荡水翼的流动过程可分为5个特征阶段,当来流攻角较小时,在水翼前缘发生层流向湍流的转捩现象,水翼动力特征曲线出现变化拐点;随着来流攻角的增大,顺时针尾缘涡逐渐形成并向水翼前缘发展;当攻角较大时,前缘涡分离导致动力失速,水翼的动力特征曲线出现大幅波动;水翼处于顺时针向下旋转阶段,绕水翼的流动状态逐渐由湍流过渡为层流. 展开更多

关键词 振荡水翼 数值计算 转捩特性

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尾缘襟翼振荡水翼的水动力特性 被引量：5

4

作者 孙光 王勇 +2 位作者 谢玉东 陈晨 张玉兵 《山东大学学报（工学版）》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期23-29,共7页

为了提高振荡水翼的能量提取效率,提出一种带尾缘襟翼的振荡水翼结构,在传统水翼的后端加装尾缘襟翼,利用尾缘襟翼的摆动达到提高功率的目的。建立襟翼摆动的运动方程并对等效攻角方程进行推导。利用CFD软件中的动态和移动网格技术对模... 为了提高振荡水翼的能量提取效率,提出一种带尾缘襟翼的振荡水翼结构,在传统水翼的后端加装尾缘襟翼,利用尾缘襟翼的摆动达到提高功率的目的。建立襟翼摆动的运动方程并对等效攻角方程进行推导。利用CFD软件中的动态和移动网格技术对模型进行数值模拟。仿真结果显示,尾缘襟翼结构增加水翼翼型的拱度,使水翼的攻角增加,进而增加振荡水翼的升力系数和时均功率系数。推导的等效攻角公式与模拟结果一致,等效攻角公式能够较好的预示模拟结果。尾缘襟翼的摆动负功在整个振荡水翼采集功率中占的比例很小。 展开更多

关键词 潮流能 振荡水翼 尾缘襟翼 能量提取 水动力

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振荡水翼波能回收在船舶节能推进中的应用 被引量：5

5

作者 封培元 马宁 顾解忡 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期923-927,共5页

在船舶能效设计指数(EEDI)成为国际公约,造船界大力发展绿色船舶技术的背景下,提出了在船体两侧用螺旋弹簧连接振荡水翼,借助船体和水翼在波浪中的摇荡运动回收波浪能产生推力的节能设想.基于势流理论建立了顶浪情况下振荡水翼与船体的... 在船舶能效设计指数(EEDI)成为国际公约,造船界大力发展绿色船舶技术的背景下,提出了在船体两侧用螺旋弹簧连接振荡水翼,借助船体和水翼在波浪中的摇荡运动回收波浪能产生推力的节能设想.基于势流理论建立了顶浪情况下振荡水翼与船体的频域耦合水动力模型,以一艘集装箱船为例,对水翼-船体系统进行了理论分析和设计探讨,预报了振荡水翼所能产生的推力并分析了水翼对船舶耐波性的影响;利用模型研究了水翼位置、弹簧刚度、浸没深度等参数对波能回收效果的影响.结果表明:水翼位置对船舶的耐波性有较大影响;弹簧刚度则与水翼产生的推力密切相关;而水翼浸没深度的影响十分有限.本研究可为此类绿色船舶设计提供依据和参考. 展开更多

关键词 振荡水翼 波浪能 能效 船舶推进 耐波性

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水翼辅助推进船舶波浪中运动和增阻特性研究 被引量：3

6

作者 祝美霞 马宁 顾解忡 《船舶工程》 北大核心 2014年第2期20-24,共5页

基于在船首两侧增添(固定)水翼的水翼辅助推进船舶的设想,选取集装箱船型作为研究对象,采用三维面元法对原型和水翼船在规则波中的运动和增阻响应进行了预报,并与试验结果进行比较,验证了计算结果的准确性。研究结果表明水翼能够有效地... 基于在船首两侧增添(固定)水翼的水翼辅助推进船舶的设想,选取集装箱船型作为研究对象,采用三维面元法对原型和水翼船在规则波中的运动和增阻响应进行了预报,并与试验结果进行比较,验证了计算结果的准确性。研究结果表明水翼能够有效地减小船舶在波浪中的纵摇、垂荡和增阻响应,其中添加水翼船在波浪中的纵摇和垂荡响应峰值分别减少了21%和24%,而增阻响应则减小了80%。此外还对水翼展弦比和安装位置对船舶在波浪中的运动和增阻响应的影响进行了研究。 展开更多

关键词 水翼辅助推进船舶 波浪中运动 波浪增阻 振荡水翼

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摆式振荡翼塔筒尾涡潮流能捕获系统的水动力性能分析

7

作者 朱卫军 庄舒青 +3 位作者 陈东阳 曹九发 付士凤 孙振业 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期188-197,共10页

为实现对海上风电场中潮流能有效利用,提出一种将振荡水翼潮流能捕获装置与海上风力机水下塔筒结合的摆式振荡翼塔筒尾涡潮流能捕获系统。联合格子玻尔兹曼和大涡模拟方法,对NACA0015翼型在有无塔筒尾流效应时,不同运动参数对其水动力... 为实现对海上风电场中潮流能有效利用,提出一种将振荡水翼潮流能捕获装置与海上风力机水下塔筒结合的摆式振荡翼塔筒尾涡潮流能捕获系统。联合格子玻尔兹曼和大涡模拟方法,对NACA0015翼型在有无塔筒尾流效应时,不同运动参数对其水动力特性及能量收集效率的影响进行数值分析,并从水翼运动过程中的旋涡结构分析了俯仰振幅、升沉振幅及振荡翼弦长对系统捕能效率的影响。结果表明,塔筒尾涡显著提升振荡翼的能量收集效率,同时振荡翼的加入能减慢塔筒涡脱,降低由钝体绕流引起的疲劳载荷。摆式振荡翼在塔筒尾涡区域内的捕能效率最高可达30.72%,与传统振荡翼潮流能捕获装置相比具有明显优势,为提高海上风场整体能源利用率提供了一种有效的方式。 展开更多

关键词 潮流能 振荡水翼 格子玻尔兹曼方法 大涡模拟

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重叠网格技术下振荡水翼的水动力特性 被引量：3

8

作者 何广华 莫惟杰 +1 位作者 王威 刘朝纲 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期135-143,共9页

为研究运动参数对于振荡水翼在潮流中获能效率的影响,给出水翼高获能效率时的运动参数分布规律,提高振荡翼式潮流能发电装置的获能效率。基于重叠网格技术建立了振荡水翼的数值计算模型,并对网格的有效性进行了验证,通过改变水翼的折算... 为研究运动参数对于振荡水翼在潮流中获能效率的影响,给出水翼高获能效率时的运动参数分布规律,提高振荡翼式潮流能发电装置的获能效率。基于重叠网格技术建立了振荡水翼的数值计算模型,并对网格的有效性进行了验证,通过改变水翼的折算频率f^(*)、摆角幅值θ_(0)、升沉振幅h_(0)等运动参数,对二维振荡水翼的水动力特性及相应的获能效率进行了研究,分析了涡脱落对水翼运动过程中获能效率的影响;同时研究了双翼之间形成翼地效应时的压力分布,分析了该情况时水翼的水动力特性以及翼地效应对获能效率的影响。结果表明:合理规划振荡水翼的折算频率、摆角幅值、升沉振幅、转轴位置等参数均可以提高水翼的能量捕获效率;水翼在振荡运动过程中,涡脱落的产生将会影响到水翼的获能效率;平行对称双水翼之间的翼地效应会使双翼之间的流域形成高压区,提高水翼升力;增加的升阻比有利于提高水翼的能量捕获效率,在双翼最小间距缩小时,水翼的获能效率会因地面效应作用的增强而提高。 展开更多

关键词 振荡水翼 重叠网格 获能效率 翼地效应 数值模拟

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基于涡量矩理论的绕振荡水翼涡动力学分析 被引量：1

9

作者 郝会云 刘韵晴 +2 位作者 魏海鹏 张孟杰 黄彪 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1199-1208,共10页

文章采用标准k-ωSST湍流模型和动网格技术,实现了绕俯仰振荡NACA66水翼非定常流动结构与水动力特性的数值模拟,并基于有限域涡量矩理论定量表征了局部旋涡结构对水翼动力特性的影响.研究结果表明:在水翼升程阶段,当攻角较小时,层流向... 文章采用标准k-ωSST湍流模型和动网格技术,实现了绕俯仰振荡NACA66水翼非定常流动结构与水动力特性的数值模拟,并基于有限域涡量矩理论定量表征了局部旋涡结构对水翼动力特性的影响.研究结果表明:在水翼升程阶段,当攻角较小时,层流向湍流的转捩点由水翼尾缘向前缘移动;在较大攻角时,顺时针尾缘涡-TEV在水翼吸力面上生成并向前缘发展,同时与吸力面上的顺时针前缘涡-LEV融合发展为附着在整个吸力面上的新前缘涡-LEV,新的-LEV与逆时针尾缘涡+TEV相互作用直至完全脱落,直接导致了水翼的动力失速,在回程阶段,绕振荡水翼的流场结构逐渐由湍流转变为层流.基于有限域涡量矩理论的定量分析发现,有限域内附着的-LEV和-TEV提供正升力,当-LEV发展覆盖整个吸力面时对升力的贡献最大,占总升力近50%,而+TEV提供负升力.同时发现,有限域内各旋涡内部的不同区域提供的升力有正有负;而逸出有限域的旋涡内部不同区域提供的升力方向均保持一致,其中顺时针涡提供正升力,而逆时针涡提供负升力.在失速阶段,域外旋涡整体对升力贡献较小且存在小幅波动,体现了流动的非定常性. 展开更多

关键词 振荡水翼 水动力特性 旋涡 有限域涡量矩理论

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2自由度振荡水翼推进性能分析及实验研究 被引量：2

10

作者 徐建安 孔德慧 高新 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2017年第3期333-339,共7页

为了研究仿生水翼推进性能,设计了一种2自由度振荡水翼推进装置.实现了基于升力/阻力模式的2种振荡水翼推进方式.研制了振荡水翼推进性能实验平台,在循环水池环境下完成了不同参数耦合情况下振荡水翼推进性能实验.利用6轴力传感器测量... 为了研究仿生水翼推进性能,设计了一种2自由度振荡水翼推进装置.实现了基于升力/阻力模式的2种振荡水翼推进方式.研制了振荡水翼推进性能实验平台,在循环水池环境下完成了不同参数耦合情况下振荡水翼推进性能实验.利用6轴力传感器测量水翼振荡时产生的推力/升力,并将实验结果与数值模拟结果对比,分析不同参数对推进性能的影响.实验结果表明,在升力推进模式下,增加拍旋运动幅值和振荡频率可以提高平均推力;随着位旋运动幅值的增加,平均推力呈现先增大后减小的趋势;随着来流速度的增大,平均推力逐渐减小.在阻力推进模式下,增加拍旋运动幅值和振荡频率均可提高平均推力. 展开更多

关键词 振荡水翼 仿生推进 耦合运动 数值模拟 实验测试

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三体组合振荡水翼流体动力特性研究

11

作者 凌忠建 苏桐 张咏鸥 《流体动力学》 2020年第4期80-92,共13页

振荡水翼在波浪能、潮流能利用和仿生推进等领域应用广泛,本文对多个水翼振荡摆动过程中的水动力性能进行仿真计算分析。首先建立了三个水翼组合成的三体模型作为分析对象,随后采用时均雷诺模型结合多面体网格技术实现了三体水翼振荡过... 振荡水翼在波浪能、潮流能利用和仿生推进等领域应用广泛,本文对多个水翼振荡摆动过程中的水动力性能进行仿真计算分析。首先建立了三个水翼组合成的三体模型作为分析对象,随后采用时均雷诺模型结合多面体网格技术实现了三体水翼振荡过程的数值模拟方法。在此基础上,对水翼在±20˚的摆动角度范围和1~10 m/s来流流速范围内的水动力特性进行了仿真分析。结果表明,在不同摆动角度工况下,高流速区域主要分布在尾部的两个翼型附近区域。随着摆动角度的增大,最大压力变化较小,最低压力逐渐增大。随着来流速度的增大,最大压力和最小压力均均有不同程度的增大。通过对不同工况的升力和阻力曲线分析,随着摆动角度的增大,尾部两个翼型的升力变化较小,升力方向相反,首部翼型随着摆动角度的增大,其升力逐渐增大;随着来流速度的增大,所有翼型的升力和阻力增大,且升力增加逐渐加快。 展开更多

关键词 三体水翼 振荡水翼 水动力特性

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基于振荡水翼波浪能回收的船舶节能推进研究(英文) 被引量：1

12

作者 封培元 马宁 顾解忡 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2013年第9期1021-1030,共10页

文章提出了在船体两侧用螺旋弹簧连接振荡水翼进行波浪能回收以实现船舶节能推进的设想。基于势流理论求解了顶浪情况下振荡水翼与船体的频域耦合水动力模型。采用吴耀祖推导出的二维水动力模型来预报水下振荡水翼在波浪中产生的推力、... 文章提出了在船体两侧用螺旋弹簧连接振荡水翼进行波浪能回收以实现船舶节能推进的设想。基于势流理论求解了顶浪情况下振荡水翼与船体的频域耦合水动力模型。采用吴耀祖推导出的二维水动力模型来预报水下振荡水翼在波浪中产生的推力、升力和转动力矩;同时用耦合的垂荡和纵摇模型来预报船舶的运动响应。两个模型均是在频域中进行建立,之间的耦合影响根据螺旋弹簧的力学特性加以模拟。以一艘集装箱船为例,对该方案的效果进行了研究。结果表明:当船舶的垂向运动较大时,振荡水翼能有效回收波浪能从而产生推进力;并且,水翼会对船舶的耐波特性产生影响。对水翼相对船体的纵向位置和螺旋弹簧刚度系数两个参数进行了研究,发现水翼连接位置应尽可能远离船中;而更高的刚度系数更有利于水翼产生大的推进力。由此总结出了一些提升系统性能的设计建议以供参考,并为开展水池试验打下基础。 展开更多

关键词 波浪能 振荡水翼 能效 船舶推进 耐波性

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典型参量对全被动式振荡水翼获能规律的影响

13

作者 朱仰顺 刘臻 曲恒良 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2022年第4期147-157,共11页

全被动式振荡水翼是振荡水翼式潮流能装置的主要型式之一。对全被动式振荡水翼进行了数值模拟研究,构建了二维数值模型,研究了雷诺数及升沉刚度对全被动式振荡水翼水动力性能的影响。通过流场结构及水动力性能分析研究了典型参量对全被... 全被动式振荡水翼是振荡水翼式潮流能装置的主要型式之一。对全被动式振荡水翼进行了数值模拟研究,构建了二维数值模型,研究了雷诺数及升沉刚度对全被动式振荡水翼水动力性能的影响。通过流场结构及水动力性能分析研究了典型参量对全被动式振荡水翼获能性能的影响机理,确定了维持其良好水动力性能的参数范围。研究发现,水翼的水动力性能对雷诺数及升沉刚度的变化较为敏感。雷诺数增大,水翼所需升沉刚度随之增加,且水翼可以在更大的参数范围下获得较优的水动力性能。另外,水翼可以在没有升沉刚度的情况下实现周期性运动,其获能甚至优于一些有升沉刚度的情况。最优工况下,平均功率系数和能量转换效率分别为1.07和27.48%。 展开更多

关键词 全被动式 振荡水翼 雷诺数 升沉刚度 水动力性能 潮流能

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梯形振荡水翼水动力学特性的三维数值模拟研究

14

作者 李维维 张丽珍 +1 位作者 王世明 胡庆松 《上海海洋大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期795-800,共6页

振荡水翼式潮流能采集系统一般通过二维水翼水动力学模型建立其关于俯仰与升沉方向两自由度的运动方程。但水翼三维模型与二维模型在诱导阻力计算上有着一定的差别,而诱导阻力又直接影响到系统的能量转化效率,因此有必要对振荡水翼三维... 振荡水翼式潮流能采集系统一般通过二维水翼水动力学模型建立其关于俯仰与升沉方向两自由度的运动方程。但水翼三维模型与二维模型在诱导阻力计算上有着一定的差别,而诱导阻力又直接影响到系统的能量转化效率,因此有必要对振荡水翼三维的水动力学特性进行研究。本文根据叶素理论,以梯形翼作为三维水翼模型的代表,建立了梯形振荡翼的水动力学模型和运动方程。对该模型采用三维非结构网格和动网格技术进行数值模拟,着重探讨梯形比对其运动状态和能量转化效率的影响。结果表明:采用动网格模拟三维梯形振荡水翼的水动力学特性,得到的水翼运动状态与二维的相同;振荡水翼的诱导阻力会改变其稳定振荡频率和升沉运动幅值,直接影响了系统的能量采集效率;随着梯形比的降低,系统的能量转化效率先上升后降低,在梯形比为0.5时最大。本文的研究成果将有助于完善振荡水翼的结构设计方法。 展开更多

关键词 振荡水翼 叶素理论 动网格 数值模拟 梯形比

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振荡水翼式波浪能海水淡化装置在船舶应用的探讨

15

作者 吴杰 于海杰 赵书东 《农家致富顾问》 2015年第16期89-91,共3页

波浪能作为一种可再生能源，在海洋能发电和海水淡化等领域中得到关注，本文介绍常见的海水淡化方法和波浪能吸收装置，结合振荡水翼与摆式装置结构的相似性，提出一种在船艉安装振荡水翼式波能吸收装置用于海水淡化的设想。

关键词 波浪能 海水淡化 振荡水翼

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密度比对半主动拍动翼海流能采集系统影响研究

16

作者 满溢 滕录葆 邓见 《机电工程》 CAS 2014年第8期979-984,共6页

针对基于振荡水翼的海流能采集系统水动力学机理尚不完全清楚的问题,对半主动海流能采集系统的各项参数进行了数值模拟研究。半主动海流能采集系统俯仰运动由执行机构通过外力控制,升沉运动由作用在水翼上的水动力激发。先研究了最大有... 针对基于振荡水翼的海流能采集系统水动力学机理尚不完全清楚的问题,对半主动海流能采集系统的各项参数进行了数值模拟研究。半主动海流能采集系统俯仰运动由执行机构通过外力控制,升沉运动由作用在水翼上的水动力激发。先研究了最大有效攻角、拍动频率对系统能量采集效率的影响,进一步研究了水翼与流体的密度比对系统能量采集效率的影响。研究结果表明,密度比对系统的能量采集效率有较大影响,在所选用的参数范围内,能量采集效率随着密度比减小而增大。因此,水翼本身的惯性的影响在半主动海流能采集系统的研究中不可忽略。 展开更多

关键词 海流能采集 振荡水翼 流体动力学 密度比

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