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水动力学研究与进展（A辑）

水动力学研究与进展（A辑）

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《水动力学研究与进展》是全国性学报类学术刊物，国内外公开发行。主要刊载能源开发、船舶与海洋工程、水利工程、机械工程、反应堆工程、石油化学工程、环境工程、生物工程诸领域中与水动力学学科有关的数学物理模型和方法、数值模拟、试验研究、试验技术新成果以及学科介绍、研究简报等文章。
  • 发文量：3658
  • 被引量：15607
  • H指数：37
  • 开始收录时间：
  • CNKI综合因子：
  • 维普期刊影响因子： 0.61
  • 万方期刊影响因子：
  • 创刊时间：
  • 国内刊号/CN：31-1399/TK
    国际刊号/ISSN：1000-4874
  • 发行周期：双月刊
    邮发代号：
  • 主管单位：中国船舶集团有限公司
    主办单位：中国船舶科学研究中心
水动力学研究与进展（A辑）-联系信息
  • 主编：吴有生
  • 电话：021-63150072
  • 邮箱：
  • 地址：上海高雄路189号
  • 邮编：200011
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水动力学研究与进展（A辑） >2025年第1期
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  • 摘要：目前,对于空泡在近边界溃灭的研究还停留在平直、凹槽和凸起等连续壁面方面。带有贯穿孔洞的刚性壁面是一种重要的壁面类型,但对孔洞壁面上方微尺度空泡溃灭行为和能量的跨孔洞转移方面的研究鲜有报道。该文采用VOF方法对刚性单孔上方的微尺度空泡在静止流场中的溃灭过程进行了数值研究,考虑液相的黏性、表面张力和气液可压缩性的作用,分析了孔洞尺寸与空泡半径之比δ以及空泡质心和壁面的垂直距离与空泡半径之比γ这2个无量纲参数对空泡溃灭行为、溃灭时间、压力速度及能量转移的影响。研究结果表明:空泡在刚性单孔附近的溃灭行为可以识别出5种形态演变;空泡溃灭瞬间能量以压力波和流动的方式向孔洞下方传递,孔洞的存在对能量的传播方向和强度具有重要影响。该文揭示了近孔洞壁面空泡的溃灭行为、压力波的传播行为和能量衰减的机制,为受限空泡动力学行为提供了新机制。
  • 摘要：无轴喷水推进因其具有高效率、高航速和机动性优异等优点,成为未来电力推进无人船的发展方向之一。该文针对某无轴喷水推进船的自航快速性,对无轴喷水推进器的敞水特性和裸船体的水动力特性开展数值计算,以探究采用“无轴喷推+船体”模型对提高自航性能预报精度的影响。研究结果表明:基于裸船体和敞水推进器预报的自航性能存在一定误差,这是因为裸船体和自航船体的阻力和姿态存在明显差异,且喷水推进器装船前后的推进性能也有所不同;“无轴喷推+船体”模型充分反映了船体和喷水推进器间相互作用对二者水动力特性的影响,可以有效提高自航性能的预报精度;通过实船自航试验验证了计算结果的准确性,设计航速下的转速预报最小误差约为2.5%,最大误差约为4.5%。
  • 摘要：为研究不同空化条件下沟槽对叶顶间隙泄漏涡(TLV)空化的抑制作用,该文以NACA0009三维水翼为研究对象,基于雷诺时均N-S(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)方法,采用SST-CC(Curvature Corrected Shear Stress Transport)湍流模型和基于Ω涡识别方法的OV-ZGB(Omega Vortex Identification Zwart-Gerbera-Belamri)空化模型,开展了沟槽对三维水翼叶顶间隙泄漏涡空化抑制效果的数值模拟研究,分析了不同空化数下沟槽对叶顶间隙区空化形态、压力分布、流速分布以及Liutex涡量分布的影响。研究结果表明:沟槽可以提高叶顶间隙泄漏涡核区域的压力、加快涡心处的压力恢复并降低泄漏涡的强度,从而抑制叶顶间隙泄漏涡空化;随着空化数的降低,沟槽提高涡心处的压力、降低泄漏涡强度以及抑制叶顶间隙泄漏涡空化的能力均增强。该研究成果可为抑制轴流泵等水力机械叶顶间隙泄漏涡空化的研究提供参考。
  • 摘要：为明晰喷灌低压射流在空气外场的流动行为,该文建立了射程与喷头仰角和喷头压力的关系,基于VOF(Volume of Fluid)气液两相流模型的数值模拟和射流实验,分别获取喷头15°、30°和45°仰角下喷灌装置压力和射流射程的关系曲线,并选取喷灌装置压力分别为0.4 MPa、0.6 MPa和0.8 MPa时的射流形态与实验对比。结果表明:数值模拟与实验的射程值变化趋势一致,0.6 MPa和0.8 MPa时两者较为接近;低压水射流的流动形态可分为实心水柱段、过渡段和雾化段;数值和实验结果存在差异的主要原因是射流下游主射流尺度和破碎液滴的尺度逐渐接近,实验容易受到环境因素干扰,且VOF方法受限于网格精度不能很好捕捉破碎液滴,后续可优化数值方法进一步研究。
  • 摘要：海洋油气田开发中后期,采出的油气两相流速降低,极易在海洋立管内形成严重段塞流。因压力的剧烈波动以及质量、流速的快速变化,悬链线型柔性立管会呈现出复杂的非线性振动响应。为明晰严重段塞流动与其诱导的立管振动间的耦合作用,该文利用高速摄像机监测了自由振动悬链线型柔性立管内的气液两相流动特征、立管的振动位移以及固定立管内的严重段塞流动细节。实验发现:Ⅰ型严重段塞流(Severe Slugging Type Ⅰ,SSⅠ)会诱使立管在其所在平面内出现一阶振动,且不同流动阶段的振动位移不同,气液喷发(GB)阶段的振幅最大,但其对整体振动的贡献较小;液塞形成(SF)阶段的振幅适中,但其对整体响应的贡献最大;而液塞出流阶段(SP)对整体响应的贡献最小。此外,立管振动也会使得SF和快速液塞出流(FLP)阶段的历时增长,进而造成严重段塞流动周期的增大。
  • 摘要：该文根据鲤科鱼C型启动逃逸状态设计了水泵水轮机的仿生叶片,以减少其在水泵工况运行时产生的流动噪声。采用剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型对流场进行非定常计算后,利用FW-H(Fowcs-Williams&Hawkings)方程将各过流部件表面的声源信息输入声学求解器(LMS Virtual Lab)进行声场计算,验证仿生叶片对无叶区压力脉动的抑制效果和噪声的降噪效果。计算结果表明:通过优化水泵水轮机的内部流场,本文发现仿生叶片有效地减少了无叶区的高速区域和水力损失,同时抑制了由动静干涉引起的压力脉动。仿生叶片对主频压力脉动,如叶频和低阶倍频的抑制效果非常显著,压力系数的最大抑制率达到54.17%。在各个监测点处,仿生叶片均具有降噪效果,最大降噪幅度达到16 dB,降噪率为9.04%。
  • 摘要：该文实验研究了圆柱体表面沿轴向开孔喷气对涡激振动的影响,实验来流雷诺数介于506与4450之间,对比了0°(射流方向正对来流)、90°(射流方向垂直来流)和180°(射流方向与来流方向相同)3个不同位置喷气的抑振效果,并分析了不同开孔孔径(0.8~1.4 mm)的影响。研究发现,通气后,圆柱横流向振动得到抑制,抑振效果与射流方向有关,但对孔径变化不敏感:0°攻角射流的圆柱在高约化速度时仍处于锁定区,其振幅较裸圆柱更大;90°攻角射流的圆柱平衡位置偏向对侧;180°攻角射流的圆柱抑振效果最佳。然而,开孔喷气使顺流向的振幅增大:0°攻角时最为明显,且孔径越小,振幅增幅越大;90°与180°攻角喷气时,顺流向振幅略有增大,但对孔径不敏感。喷气射流产生的气泡不仅给圆柱振动引入了杂频,而且影响了圆柱剪切层的发展:0°攻角喷气时,边界层自迎流面分离,且剪切层向两侧排挤;90°攻角喷气时,喷气侧的剪切层发展受到抑制;180°攻角喷气时,尾部剪切层被挤向两侧。
  • 摘要：为明确叶片厚度对离心泵空化性能的影响规律,该文采用数值模拟方法研究了5种叶片厚度下额定流量和小流量工况下的泵内空化流动,并通过分析叶轮内空泡体积、压力分布和流场,总结了叶片厚度对泵空化特性的影响规律。结果表明:额定流量工况下,叶片厚度减小,过流面积增大,流速降低,静压升高,泵内空化现象减弱;叶片厚度由13 mm减小到5 mm时,临界空化点由2.03 m减小到1.85 m;小流量工况下,随着叶片厚度减小,吸力面流动分离在进口处提前发生,叶轮内低压区域增大,泵内空化加强;叶片厚度由13 mm减小到5 mm时,临界空化点由0.67 m增加到0.71 m,此时叶轮各流道空泡和压力分布不均,易产生较大径向力。
  • 摘要：为研究不同空化程度下高比转速离心泵空化流诱导噪声,该文采用SST-SAS湍流模型进行非定常计算,然后利用Proudman宽频噪声声源模型和声学有限元法对不同空化程度的噪声变化进行分析。研究发现:随着空化程度加深,泵内压力脉动和速度脉动的强度增加,进而影响声场变化;叶轮出口处的压力脉动主要表现在叶频及其倍频,是离心泵离散噪声的主要来源;宽频声源声功率主要在叶轮流道下游和蜗壳进口区增强,而叶轮进口的宽频声源声功率较弱;严重空化程度下,叶轮进口、出口的声压级离散特征明显减弱,空化流诱导噪声主要表现为宽频噪声。
  • 摘要：针对高含水开发阶段经典水驱特征曲线无法准确刻画水气比变化特征的问题,该文利用高分辨率X射线显微CT对龙王庙典型碳酸盐岩储层中的天然岩石样品进行了成像,分析孔隙结构特征,并提取显微结构的三维几何模型。根据真实缝洞发育的岩心相渗实验结合格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)D3Q19模型水驱气渗流模拟,拟合求取较为准确的气、水相对渗透率比值的对数ln(Krg/Krw)与含水饱和度Sw关系式。该文运用油藏工程方法推导了改进的水驱特征公式,并给出采出程度与含水率的变化关系式,根据孔洞型、缝洞型(裂缝-孔洞型)和裂缝型的极限系数值求得具有代表性的图版,根据储层特征求取孔隙结构参数,以预测不同裂缝、孔洞发育结构的气藏最终采收率,建立相应水侵特征图版。
  • 摘要：喷灌低压射流阻力系数和落点范围的预测是喷头优化设计的重要基础。为获取不同喷头在不同工作条件下射流阻力系数和落点范围的分布规律,该文以直流式喷头为研究对象,搭建喷灌射流实验台,通过控制变量法依次调节喷头直径、喷射仰角和装置压力获取相应的射程、射流落点范围和水量分布,建立低压射流运动模型,利用量纲分析结合实验数据分别确定射流阻力系数和落点范围的表达式。结果表明:当喷射角度分别为15°、30°和45°时,射流射程与喷头直径和装置压力总体呈正相关,当压力达到特定值时,射程增速趋缓,且存在极限射程值;压力较小(p0.4 MPa)时,落点范围较大呈近似椭圆分布,且水量分布中心位置会产生偏移;射流阻力系数主要与喷头直径、雷诺数、韦伯数和喷射仰角有关,射流落点范围主要与喷头直径、射流射程、雷诺数、韦伯数和喷射仰角有关。
  • 摘要：双乳液滴具有高度结构化体系,使其被广泛应用于活性物质的封装传递。双乳液滴的单分散度和尺寸形貌在其应用领域至关重要,微流控技术的发展为制备单分散双乳液滴提供了一种有效的方法。在多相流体系中,控制流体流速和优化微流控装置局部几何结构可以控制双乳液滴的尺寸形貌。为此,该文建立了基于流体连续表面力体积(VOF-CSF)模型的三相轴对称数值模型,对流动聚焦结构的微流控装置中双乳液滴的生成进行了参数化分析,并利用该模型研究了相速度和局部几何结构对双乳液滴大小、流态和生成速率的影响。数值模拟结果表明:增大各相流体流速后,各相流体的黏性力会增大,在黏性剪切力的作用下,双乳液滴的尺寸和厚度均会发生改变,并可能会影响双乳液滴的生成模式;减小聚焦孔半径后,聚焦作用的增强使得双乳液滴在更小的内流体流速下达到喷式状态;增大聚焦管和收集管间距后,复合射流在到达收集管前就已减速,双乳液滴的生成速率减小。该模拟结果可以应用于微尺度上活性物质的包封输送,有助于合成高度单分散且尺寸可精确控制的功能性微粒。
  • 摘要：重非水相液体(Dense Non-Aqueous Phase Liquid,DNAPL)泄漏到地下介质后,首先以非水相液体(Non-Aqueous Phase Liquid,NAPL)形式发生迁移扩展,而后缓慢溶解于地下水,形成大面积污染羽。该文构建了一种耦合多相流模型和溶质运移模型的模拟框架,以某实际DNAPL污染场地为例,对现场地下水中三氯甲烷污染进行模拟,模拟误差低于20%。模拟发现:渗透系数场前期勘测及基于NAPL相分布的动态更新是提升实际场景下模型预测精度的关键因素;地下水DNAPL污染防控除了水平方向的隔离措施之外,还应合理确定DNAPL垂向迁移的地层深度。
  • 摘要：中高航速(弗劳德数Fr>0.4)的排水型船舶通常采用方尾形式,其尾部流动随航速的提高不断发生变化。方尾流动中黏性与强非线性的影响导致方尾船舶通气特性的理论分析与数值计算困难,这也成为了方尾船舶兴波阻力数值求解的难点与重点问题。该文基于高阶Rankine面元法,采用线性自由面条件分别结合3种不同的方尾自由面条件求解DTMB5365船的兴波阻力、尾流波切与自由面波形数值结果。其次,该文采用H-H方法、Doctors公式与CFD方法研究NPL3b单体船与双体船的方尾通气特性。最后,基于该文开发的高阶面元法结合4参数Doctors公式,提出了一种同时适用于尾板入水和脱水情况的改进方尾自由面条件,以某渔政船为研究对象对比分析CFD数值结果和试验结果,验证了该方法的准确性。
  • 摘要：风机是日常生活和工业生产中最常见的机械设备,在各个领域发挥着重要作用,被誉为国民经济的“呼吸系统”。根据气体流动的方向,可以将风机分为离心式和轴流式两种,其中应用更广泛的是离心式风机,其在电力系统中常被用来输送六氟化硫气体。然而随着设备使用年限的增加,不可避免地会产生各类机械故障,其中叶片断裂是最常见且最严重的故障之一。该文通过流固耦合模拟,分析叶片受力情况,对比叶片材料强度,研究叶片断裂的原因及机理,发现叶片发生了超高周疲劳破坏,并提出了合理的建议。
  • 摘要：桥塞是压裂过程中封堵前序井段的工具,在压裂施工过程中桥塞泄漏会导致前序井段过度改造,进而导致当前施工段改造不充分,所以对桥塞泄漏情况进行诊断十分重要。近年来,基于水击信号的井下事件诊断技术逐渐兴起,可通过解析水击波响应特征诊断裂缝起裂位置,但尚未开展桥塞泄漏情况下水击波形影响规律的研究。该文建立了桥塞泄漏工况下的压裂停泵水击响应模型,分析井口停泵水击曲线演化趋势,研究了泄漏量、泄漏时期以及停泵速度对停泵水击波形的影响。研究结果显示:泄漏量增加,水击波峰值增大;泄漏发生的时期越早,停泵水击波衰减越快,也越快趋于稳压状态;在保证井筒完整性的前提下,停泵速度越快,由泄漏量引起的停泵水击波曲线差异越明显,监测桥塞泄漏越容易。该文可指导压裂施工、及时发现桥塞泄漏事件,为非常规油气高效开发提供可靠技术支持。
  • 摘要：《水动力学研究与进展》由70多个高等院校和科研单位联合主办。刊号:ISSN1000-4874/CN 31-1399/TK(A辑,中文版)和ISSN1001-6058/CN31-1563/T(B辑,英文版)。中文版和英文版内容不重复。《水动力学研究与进展》是全国性学报类学术刊物,国内外公开发行。主要刊载能源开发、船舶与海洋工程、水利工程、机械工程、反应堆工程、石油化学工程、环境工程、生物工程诸领域中与水动力学学科有关的数学物理模型和方法、数值模拟、试验研究、试验技术新成果以及学科介绍、研究简报等文章。《水动力学研究与进展》A辑已为下列数据库或检索出版物所收录。
  • 摘要：含沙水流中,颗粒附近空化泡溃灭产生的冲击波是引起水力机械过流部件表面损坏的原因之一。该文基于开源软件OpenFOAM,采用有限体积法及流体体积法对双颗粒附近空化泡诱导的冲击波进行了模拟。结果表明,空化泡的初生和溃灭都会产生冲击波,且空化泡与颗粒间的距离是影响冲击波产生和发展的主要因素。根据空化泡形态演化、射流和冲击波的产生和发展过程,识别到4种典型物理现象。空化泡分裂时产生的冲击波在液体中传播,而射流产生的冲击波在空化泡内传播。随空化泡与颗粒之间距离的增加,空化泡初生的冲击波引起的颗粒表面峰值压力逐渐减小。
  • 摘要：该文采用光滑粒子动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法对不同外部激励频率ω、激励振幅以及浸没比条件下运动水箱内晃荡水体与柔性挡板的运动响应进行了系统地数值研究,并与同等条件下无挡板及含刚性挡板工况的数值结果进行了对比分析,揭示了柔性挡板对于运动水箱内晃荡水体运动响应的抑制机制。结果表明:含柔性板运动水箱的固有频率ω1大于无挡板运动水箱的固有频率ω0;ω=ω1时,晃荡水体与柔性挡板的运动响应明显高于其他ω工况;晃荡水体与柔性挡板的运动响应均与外部激励振幅呈现正相关关系;非浸没状态下,ω<ω1时,柔性挡板对于晃荡水体运动响应的抑制效果要优于刚性挡板。该研究可为装载容器设计和抑制晃荡水体运动响应提供有价值的参考信息。

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