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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
1
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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振动矩形机翼非线性绕流数值研究 被引量:3
2
作者 郭正 谭杰 刘君 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第4期13-17,44,共6页
发展了可用于模拟包含运动边界的非定常流动的数值方法。该方法采用非结构动网格技术并构造了一种MUSCL类型有限体积格式,求解考虑了动网格效应的三维非定常Euler方程。非结构网格的变形运动由弹簧近似技术实现。用上述方法计算了作正... 发展了可用于模拟包含运动边界的非定常流动的数值方法。该方法采用非结构动网格技术并构造了一种MUSCL类型有限体积格式,求解考虑了动网格效应的三维非定常Euler方程。非结构网格的变形运动由弹簧近似技术实现。用上述方法计算了作正弦振动的矩形机翼非线性绕流,计算结果与实验结果吻合,得到了流体运动与固体运动耦合的非线性流动特性。计算表明,该数值方法具有较好的精度和可靠性,完全可用于气动弹性或其他流固耦合问题的数值模拟。 展开更多
关键词 非结构动网格 振动机翼 运动边界 EULER方程
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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
3
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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基于田口试验方法和CFD相结合的振荡翼捕能性能的优化研究
4
作者 吴旭 朱建阳 +1 位作者 董璐 谢鹏 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期320-326,共7页
为了提升振荡翼的捕能性能,该文采用田口试验和CFD相结合的方法,对决定振荡翼捕能性能的5个特征参数进行优化。结果表明:振荡翼的特征参数对其捕能性能具有重要影响,最优和最差参数组合下振荡翼捕能效率相差137.84%。俯仰中心位置对振... 为了提升振荡翼的捕能性能,该文采用田口试验和CFD相结合的方法,对决定振荡翼捕能性能的5个特征参数进行优化。结果表明:振荡翼的特征参数对其捕能性能具有重要影响,最优和最差参数组合下振荡翼捕能效率相差137.84%。俯仰中心位置对振荡翼捕能效率影响最大,在试验样机设计中应优先考虑;所研究的5个特征参数对振荡翼捕能性能的影响程度依次为:x_(p)/c>θ_(0)>翼型相对厚度>h_(0)/c>f^(*)。通过对不同参数组合振荡翼的流场分析发现,特征参数优化的振荡翼产生的涡流始终吸附在翼型表面,从而使振荡翼获得较好的升力特性,进而在升沉运动中捕获更多的能量。 展开更多
关键词 数值模拟 能量提取 田口方法 振荡翼
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Long-Term Performance Prediction of Oscillating Wings for Assisting Ship Propulsion at Actual Seas 被引量:1
5
作者 封培元 马宁 顾解忡 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2013年第4期486-492,共7页
In order to raise ship energy efficiency, the possibility of wave energy recovery by a pair of coil-spring connected oscillating wings for assisting ship propulsion in waves is investigated. A frequency domain hydrody... In order to raise ship energy efficiency, the possibility of wave energy recovery by a pair of coil-spring connected oscillating wings for assisting ship propulsion in waves is investigated. A frequency domain hydrodynamic model based on potential theory is established to predict the effect of the oscillating wings on the ship in regular waves, in terms of reducing wave-added resistance and improving seakeeping performance. The proposed linear model is suitable for short-term prediction based on conventional spectral analysis techniques, thus making it possible to evalute the long-term performance of oscillating wings for assisting ship propulsion at actual seas based on wave statistics. A sample containership is adopted to study the performance of the proposed concept. The results show that the oscillating wings can effectively reduce the added resistance of the ship at actual seas. The feasibility of this green ship technology is proved. 展开更多
关键词 long-term prediction oscillating wing ship propulsion actual seas
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Liftoff of a New Hovering Oscillating-wing Micro Aerial Vehicle
6
作者 Xiangcong Zhou Deyuan Zhang +3 位作者 Zhiyong Huang Xiaogang Song Hao Liu Lin Feng 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2021年第3期649-661,共13页
Hovering ability forms the basis for space operations of Micro Aerial Vehicles(MAVs).The problem of uneven load puts high demands on the wing design.In this paper,a new hovering-mode for MAVs,inspired by flapping flig... Hovering ability forms the basis for space operations of Micro Aerial Vehicles(MAVs).The problem of uneven load puts high demands on the wing design.In this paper,a new hovering-mode for MAVs,inspired by flapping flight in bees and hummingbirds but using high-aspect-ratio and low-stress wings,is proposed.Different from the flapping actuations that occur at the wing roots,the two wings are driven back and forth in a straight line.To simplify the design and control the angle of attack,passive wing rotation is employed.The numerical results and analysis show that the maximum stress of the oscillating wing is approximately 1/6 of that of the flapping wing when the lift of the oscillating wing is twice that of the flapping wing.A theoretical aerodynamic model of the kinematics of the vehicle's driving mechanism was developed to fulfill its design.Force measurements indicate that the vehicle generates a sufficiently high cycle-averaged vertical thrust(71 g)for liftoff at a maximum frequency of 5.56 Hz,thereby validating the proposed aerodynamic model.Moreover,liftoff performance is presented to visually demonstrate the vertical take-off capabilities and hovering potential of the aeromechanical solution. 展开更多
关键词 BIOINSPIRED oscillating-wing high aspect ratio low-stress wings micro aerial vehicles vertical take-off and hovering
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基于时间谱方法的振荡翼型和机翼非定常黏性绕流数值模拟 被引量:13
7
作者 杨小权 程苏堃 +1 位作者 杨爱明 孙刚 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期787-797,共11页
传统的双时间方法在非定常计算中长时间的过渡迭代推进求解导致其计算效率相对较低,针对周期性非定常流动问题的流动特征,发展了一种基于离散傅里叶变换的高效时间谱方法,用于求解振荡翼型和机翼的非定常黏性绕流。在时空耦合的雷诺平均... 传统的双时间方法在非定常计算中长时间的过渡迭代推进求解导致其计算效率相对较低,针对周期性非定常流动问题的流动特征,发展了一种基于离散傅里叶变换的高效时间谱方法,用于求解振荡翼型和机翼的非定常黏性绕流。在时空耦合的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程的求解中,对流项的离散应用了Roe的通量差分格式,物理时间项的离散方法为时间谱方法,伪时间推进采用了隐式LU-SGS(Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel)格式。考虑到湍流的时空耦合效应,时空耦合的Spalart-Allmaras一方程湍流模型的物理时间项同样采用时间谱方法进行离散。为了进一步提高计算效率,当地时间步长和多重网格技术等加速收敛的措施均被采用。算例对俯仰振荡NACA0012翼型和Lann机翼的周期性非定常流场进行了数值计算。结果表明:对于周期性非定常流场的数值模拟,相比于传统的双时间方法,用时间谱方法近似物理时间项,不仅能够提高流场的计算精度,而且更能够大幅度提高计算效率。 展开更多
关键词 周期性非定常流动 时间谱方法 双时间方法 俯仰振荡翼型 机翼 多重网格 数值模拟
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On the unsteady motion and stability of a heaving airfoil in ground effect 被引量:4
8
作者 Juan Molina David Angland 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第2期164-178,共15页
This study explores the fluid mechanics and force generation capabilities of an inverted heaving airfoil placed close to a moving ground using a URANS solver with the Spalart-Allmaras turbulence model. By varying the ... This study explores the fluid mechanics and force generation capabilities of an inverted heaving airfoil placed close to a moving ground using a URANS solver with the Spalart-Allmaras turbulence model. By varying the mean ground clearance and motion frequency of the airfoil, it was possible to construct a frequency-height diagram of the various forces acting on the airfoil. The ground was found to enhance the downforce and reduce the drag with respect to freestream. The unsteady motion induces hysteresis in the forces’ behaviour. At moderate ground clearance, the hysteresis increases with frequency and the airfoil loses energy to the flow, resulting in a stabilizing motion. By analogy with a pitching motion, the airfoil stalls in close proximity to the ground. At low frequencies, the motion is unstable and could lead to stall flutter. A stall flutter analysis was undertaken. At higher frequencies, inviscid effects overcome the large separation and the motion becomes stable. Forced trailing edge vortex shedding appears at high frequencies. The shedding mechanism seems to be independent of ground proximity. However, the wake is altered at low heights as a result of an interaction between the vortices and the ground. 展开更多
关键词 oscillating airfoil · Flutter · wing in ground effect · Vortex shedding
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波浪与振荡扑翼流固耦合数值分析与研究 被引量:5
9
作者 方子帆 覃琳 +2 位作者 刘进 何孔德 杨蔚华 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期349-355,共7页
以波浪能振荡扑翼线型结构为对象,对波浪能采集过程的流固耦合机理及其能量转换效率的问题进行研究。利用随机波浪理论,对波浪的波高和周期进行数学描述并利用Matlab进行数值模拟;基于线性波浪理论,将流固耦合作用力等效为静水回复力矩... 以波浪能振荡扑翼线型结构为对象,对波浪能采集过程的流固耦合机理及其能量转换效率的问题进行研究。利用随机波浪理论,对波浪的波高和周期进行数学描述并利用Matlab进行数值模拟;基于线性波浪理论,将流固耦合作用力等效为静水回复力矩、激励力矩、绕射力矩的叠加,并建立其数学计算公式;利用AQWA软件对波浪与振荡扑翼流固耦合过程进行仿真分析,求解流固耦合作用力、分析振荡扑翼的动态特性、计算其转换效率。研究结果表明,圆锥底型流线结构振荡扑翼比平底型或圆底型流线结构振荡扑翼的转换效率高5%。该研究结果可为振荡扑翼波浪能采集装置开发提供理论基础与分析方法。 展开更多
关键词 波浪能 振荡扑翼 流固耦合 数值仿真 AQWA
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动态三角翼的气动特性及参数影响分析 被引量:3
10
作者 吕志咏 杨晓锋 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第1期6-12,共7页
给出了0°~90°范围内振荡三角翼的测力实验结果,并给出了不同前缘后掠角、振荡频率和转轴位置对三角翼法向力系数的影响,进而讨论了有关参数影响产生的机理。
关键词 振荡三角翼 流态 气动力特性 大攻角 时间尺度
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振荡扑翼波浪能发电装置系统建模与仿真 被引量:2
11
作者 方子帆 朱畅 +3 位作者 王佳佳 熊飞 左新球 谢雪媛 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第20期137-149,共13页
为了实现波浪能的采集与高效转换,提出一种振荡扑翼波浪能发电装置,通过采集机构、液压转换系统和电能变换及储能系统将随机波浪能转换为稳定的电能。基于扑翼与波浪耦合受力分析,设计波浪能采集机构方案;为了能量高效转换和保证液压系... 为了实现波浪能的采集与高效转换,提出一种振荡扑翼波浪能发电装置,通过采集机构、液压转换系统和电能变换及储能系统将随机波浪能转换为稳定的电能。基于扑翼与波浪耦合受力分析,设计波浪能采集机构方案;为了能量高效转换和保证液压系统稳定性,创成一种含多腔液压缸的液压转换系统;根据储能单元的额定电能需求,进行电能变换及储能系统方案设计与元件参数计算;基于多能域键合图理论和AMESim仿真软件,建立包括机-液-电的整体虚拟样机仿真模型;搭建仿振荡扑翼波浪能发电装置试验平台,模拟规则波浪进行试验,验证系统的有效性。研究结果表明,在三级海况和四级海况下振荡扑翼波浪能发电装置发电效率分别可以达到61.5%和66.2%,能够有效采集波浪能,实现电能的稳定输出并储存到蓄电池中。试验结果证明了振荡扑翼波浪能发电装置工作原理和参数设计的合理性。研究结果为波浪能发电装置的设计与开发提供了理论基础与参考。 展开更多
关键词 波浪能 发电装置 采集机理 系统建模 转换特性 振荡扑翼
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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
12
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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低速振荡三角翼气动特性研究
13
作者 洪金森 傅光明 王强 《流体力学实验与测量》 CSCD 1998年第1期38-43,共6页
对后掠角70°尖前、后缘三角翼进行了低速风洞试验。用五分量内式应变天平测量了静、动态气动力。考核了动态试验装置、测试系统和数据采集/处理方法。模型静态法向力测量结果跟文献[1]实验符合;在一定折合频率范围内作大振... 对后掠角70°尖前、后缘三角翼进行了低速风洞试验。用五分量内式应变天平测量了静、动态气动力。考核了动态试验装置、测试系统和数据采集/处理方法。模型静态法向力测量结果跟文献[1]实验符合;在一定折合频率范围内作大振幅动态运动时,法向力和俯仰力矩出现过冲量;动态失速延迟;上仰和下俯运动产生的气动载荷形成滞后环。用俯仰气动阻尼表示滞后度并确定振荡稳定特性。文中还对实验结果用傅里叶分析作了预测,二者趋势一致。 展开更多
关键词 分离流 非定常流 振荡三角翼 空气动力学 机翼
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