水動力學的案例
第二十九屆全國水動力學研討會在江蘇成功舉辦
第二十九屆全國水動力學研討會于2018年8月-26日在江蘇省鎮江市召開。本次會議由《水動力學研究與進展》編委會、中國力學學會、中國造船工程學會、江蘇大學聯合主辦，由《水動力學研究與進展》編輯部、江蘇大學國家水泵及系統工程研究中心、中國力學學會水動力學專業組、中國船舶科學研究中心水動力學重點實驗室、上海市船舶與海洋工程學會船舶流體力學專業委員會承辦，由哈爾濱工程大學期刊社、奇石樂儀器儀表科技(上海) 有限公司、江蘇大學鎮江流體工程裝備技術研究院協辦。來自40多個單位的200多位代表參加了本次會議。
8月25日上午，研討會開幕式在江蘇大學學術報告廳召開。編委會副主任中國船舶科學研究中心顏開研究員主持了開幕式，編委會主任、中國船舶科學研究中心吳有生院士致開幕詞，江蘇大學黨委書記袁壽其研究員代表東道主致歡迎詞，并向大家介紹了江蘇大學的辦學歷史、發展現狀和學科特色。在開幕式上，顏開研究員宣讀了周培源基金會批復的“周培源水動力學獎”獲獎名單，他們是四川大學許唯臨教授（一等獎）、中國船舶科學研究中心鄒明松研究員（二等獎）、武漢大學季斌副教授（三等獎）、浙江大學張凌新副教授（三等獎）；宣布了“Journal of Hydrodynamics 2018年度高被引論文獎”獲得者清華大學羅先武教授和武漢大學季斌副教授。吳有生、袁壽其、顏開、劉樺為獲獎者頒發證書和獎金。
會議期間，共有6個40分鐘的大會報告、14個30分鐘分會場邀請主題報告、110余篇15分鐘分會場報告，內容涵蓋基礎水動力學、計算流體力學、水動力學試驗與測試技術、工業流體力學、船舶與海洋工程水動力學、海洋環境與地球物理流體力學、水利水電和河流動力學等諸多方面。由海洋出版社正式出版的論文集收錄183篇全文/摘要，長達1456頁。
展開 改良楔形葉片旋轉空化器水動力學特性數值模擬分析
混合相連續性方程：
混合相動量方程：
氣相體積分數方程：
式中：xi xj xk為空間坐標；ρm ρv 分別為混合相和氣相的密度；ui uj uk為混合相速度；p 為壓力；δi j為克羅內克符號；t 為時間；μm 為混合相的動力黏度；μt 為湍流的有效黏度；αv 為氣相（水蒸氣）的體積分數；Re，Rc 分別為氣相的產生率和冷凝率。混合相的密度ρm 和動力黏度μm 的定義為：
式中： ρl μl分別為液相（水）的密度和動力黏度；μv 為氣相的動力黏度。對于氣相體積分數方程中的氣相產生率 Re 和冷凝率 Rc，采用 Schnerr-Sauer 空化模型進行描述。當 p ? pv時，
當p ? pv 時，
式中： 為pv 飽和蒸汽壓；?B 為氣泡半徑，其與αv之間的函數關系如下：
式中， nb為氣泡的數量密度，在本文中，其值為nb = 1×1013 m?3。水和水蒸氣的物性依據國際水和蒸汽性質協會（IAPWS）數據庫確定。
3 計算結果及分析
為了探究改良葉型對旋轉空化器水動力學特性的影響，針對不同的轉速（ω = 3 500，4 000 ，5 000 ，6 000 ，8 000，10 000，12 000 r/min）工況進行了數值模擬計算，并與原始葉型在相同轉速工況下的數值模擬結果進行了對比。圖 5 所示為不同轉速下 2 種葉型旋轉空化器所形成空泡形態的俯視圖。從圖中可以看出，空泡尺寸是隨轉速的升高而增大的。
展開 【視頻教程】海工教程系列之AQWA入門-海洋工程水動力學分析第二講-第一章
【視頻教程】海工教程系列之AQWA入門-海洋工程水動力學分析第二講-第一章
講師：Nutshell
擅長領域：水動力 系泊定位 運動分析 安裝分析 立管分析 模型試驗等
專家檔案:http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402871
ppt
http://www.yqgqt.org.cn/content/doc/286908
對視頻中有什么問題可以@我進行提問，看到我會盡量回答
【視頻教程】海工教程系列之AQWA入門-海洋工程水動力學分析第二講-第二章
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《Macromolecules》 廣工高粱/華工孫尉翔/施雪濤:短烷基側鏈的長度對疏水締合水凝膠相分離結構和動力學的影響
摘要
相分離在增韌水凝膠中起著至關重要的作用。因此，調節相分離結構對于理解相分離水凝膠的增韌機制至關重要。當前的合成策略通常對相分離結構提供有限的控制。最近，廣東工業大學高粱副教授,華南理工大學孫尉翔副研究員/施雪濤教授團隊將短烷基側鏈修飾的水凝膠庫制作為模型相分離水凝膠，以研究短烷基側鏈對相分離結構、表觀力學和動力學的長度影響。短烷基鏈改性聚合物從高濃度溶液中經歷蒸氣誘導相分離并聚結成連接良好的富含聚合物的相。隨著側鏈長度的增加，由于疏水相互作用增強，富含聚合物的區域變厚。
流變學表明，較長的烷基側鏈會導致較高的“玻璃化”轉變溫度和較慢的動力學。然而，通過將小變形特性（線性流變學）和大變形特性（拉伸行為）的拉伸速率和溫度相關性相關聯，團隊發現無論側鏈的長度如何，當拉伸時水凝膠變得堅韌和堅固。測試溫度接近玻璃化轉變溫度或拉伸速率匹配中頻區域的弛豫時間。在這項工作中獲得的凝膠的強度和韌性是相分離和玻璃化轉變的綜合作用。
這項工作闡明了相分離水凝膠中機械元件的設計原則。相關論文以題為Length Effects of Short Alkyl Side Chains on Phase-Separated Structure and Dynamics of Hydrophobic Association Hydrogels發表在《Macromolecules》上。
圖解
Cn-0.5的合成及拉伸性能
圖 1. Cn-0.5 的合成。
圖 2. Cn-0.5 的拉伸行為。(A) 一些最先進的堅韌水凝膠之間的斷裂應力 (σf) 和斷裂拉伸 (λf) 圖中的比較圖。
展開 【技術】潛艇船首形式的水聲學和水動力學優化
本次研究的主要目的是利用高保真的 CFD 模擬和自動化的工作流程，通過優化船首形式來提高潛艇的水聲和水動力性能。
前 言
潛艇自發噪聲的來源可分為三大類。螺旋槳噪聲是當潛艇航速達到足以產生空泡時，由潛艇螺旋槳產生的噪聲。水動力噪聲包括潛艇在水中運動產生的各種噪聲源。機械噪聲是由潛艇上的推進、操縱和輔助機械產生的噪聲。水動力噪聲是主要的噪聲源，也是本次研究的主要研究對象。而潛艇模型是基于稱為DARPA SUBOFF的標準幾何模型。
本次研究利用高保真的CFD求解器 STAR-CCM + 求解流動的非定常RANS方程 和水聲學的 Ffowcs-William 和 Hawkings (FW-H)方程，開發了一個迭代設計過程，以降低水動力噪聲水平。利用CAESES軟件創建艇體的參數化幾何模型，由此，艇體的變體模型可以在搭建的自動化工作流程中被自動化的創建和利用。潛艇船首的形狀已用下列方程參數化，該方程創建了一條對稱曲線:
*參數化的對稱船首
多目標優化的目的是減少船體的總阻力以及螺旋槳槳轂后一米處產生的噪聲。所選擇的優化方法有一個使用 Sobol 算法的 DoE 初始步驟，得到的結果用作輸入，然后使用大家熟知的開放源碼 Python 庫中的LinearNDInterpolator方法建立代理模型。最后，用 NSGA-II 算法對目標函數進行求解。CAESES 軟件本身包含一個算法庫，算法有 Sobol 和 NSGA-II等。然而，LinearNDInterpolator 方法是通過 python 腳本實現的，并通過CAESES方便的特性定制功能與 CAESES 耦合。
展開 自升式海洋平臺拖航阻力計算分析
中國船級社《海上設施拖航檢驗須知》在《海上拖航指南(2011)》算法的基礎上，規定了波浪阻力的計算公式：
Rw=12VSw2B(δ/L)1.5 kN
其中：Rw為波浪阻力，Sw為波高，B為船寬，L為船長.
1.2 各主流船級社拖航阻力公式
DNV船級社沒有直接針對拖航過程的阻力公式，但規范中有關于拖航中平臺受到的風阻力公式和波流力計算的簡單公式以及水動力學推薦算法，水動力學計算需要用專門的水動力學軟件進行計算.
相比風阻力公式，波浪阻力更難求解.在不規則海洋中，波浪引起的載荷可以通過規則波分量的荷載線性疊加得到，在規則入射波中分析大體積結構稱為頻域分析.假設處于穩定狀態，忽略所有瞬態效應，結構的載荷和動力響應與入射波的頻率相同，或在前進速度下與遭遇波的頻率相同，呈諧波振動.
在線性分析中，流體力學問題通常分為兩個子問題.
(1) 輻射問題.在沒有入射波的情況下，結構被迫以剛體運動模式與波頻率振蕩，所產生的載荷通常用附加質量、阻尼和恢復載荷來表示：
其中：Akj、Bkj為增加質量和阻尼；Ckj為流體靜力恢復系數，j, k=1, 2, …, 6,為六自由度剛體模態；Akj、Bkj為波頻ω函數；r為半徑函數.
(2) 衍射問題.其中結構受到運動限制，并受到入射波的激發，由此產生的荷載為波浪激勵荷載，即
其中：d為直徑函數.入射波中由未擾動壓力給出的波激勵荷載的一部分稱為弗勞德-克雷洛夫力/力矩，剩下的部分稱為衍射力/力矩.
美國船級社(ABS)和英國船級社(LR)拖航阻力計算的內容方法和挪威船級社(DNV)相近，沒有直接針對拖航過程的阻力公式，但規范中有關于拖航中平臺受到的風載荷計算方法和波流力計算的水動力學推薦算法，水動力學計算需要用專門的水動力學軟件進行計算，計算方法和理論都是采用繞射理論.
展開 【環境仿真專題第五講】使用TELEMAC-MASCARET研究發電廠冷卻水排放對鹽水湖湖水質及生態的影響
自2004年起，法國相關部門開始制定冷卻水排放的管理措施。
本案例旨在通過模擬的方法了解瀉湖鹽度與淡水排放，潮汐等因素之間的關系；評估電廠排水對瀉湖富營養化的影響。
貝爾瀉湖地理形貌，H08，H12為兩個水質檢測點
水動力學模型
建立Telemac3d三維的瀉湖與外海的水動力學模型，水平網格約4000個，縱向分層11層。邊界條件設置為3個進水口（2條支流和1個排水口），1個出水口（地中海入口）。進出水口的溫度和鹽度設為給定的邊界條件，流量或水位隨時間變化。同時考慮風和氣溫的影響，數據源采用當地的氣象數據庫。
在進行預測之前，首先使用2006年9-10月的鹽度/溫度檢測數據對模型的參數進行了校準。
計算區域的3D網格示意圖
水質模型
DelWAQ模型具備模擬氧、氮、磷、硝酸鹽、氨、正磷酸和硅酸鹽的含量，同時可以模擬三種浮游植物(硅藻、鞭毛蟲和甲藻)和兩種大型藻類的生物地球化學過程，如藻類生長、藻類死亡、呼吸作用、有機物分解、硝化作用、反硝化作用等。
本研究通過Telemac3d水動力學模型
耦
合DelWAQ生物
地球化
學模型，來研究瀉湖的生態系統演變過程，如溶解氧，氨氮含量，藻類生物質等。
DelWAQ生物地球化學模型
04
模擬結果
2006年9月-2007年3月鹽度變化和在H12處的模擬與測量曲線
經過校準的三維水動力學模型模擬了瀉湖從2006年9月到2007年3月共7個月的鹽分變化，通過對比模擬與現場測量的結果，驗證了該模型的可靠性。
具體地，2007年2月份發電廠開始排水，H12監測到了表層湖水鹽度下降，從模擬的結果也能看到這一現象的發生。
展開 船舶快速性、水動力學分析Shipflow介紹
Shipflow是一款性能優越的船舶流體力學分析專用軟件（數字化船模水池），適于民船和軍船的各種水動力特性研究，能夠分析波浪模式、空間流線和波浪增阻、航行下沉和縱傾、粘性阻力、興波阻力、誘導阻力、升力以及螺旋漿效率等船體特性參數。
產品概述
Shipflow最初由瑞典的SSPA 公司和 Chalmers 科技大學在80年代聯合研制并推出，是針對船體和潛水器流體動力學數值模擬的專用軟件。經過20多年的發展，在全世界擁有眾多的客戶群，為船舶流體力學研究提供了可靠、便利的工具。 Shipflow 相當于數字化的船模水池，適于進行民船和軍船的各種水動力特性研究。 Shipflow 模擬可以給出波浪模式、壓力分布、速度矢量、空間流線和波浪增阻、航行下沉和縱傾、粘性阻力、興波阻力、誘導阻力、升力以及螺旋漿效率等船體特性參數。通過結合具體船型進行船舶流場特性預報，比較不同線型方案的性能優劣，提高船舶設計質量，縮短設計周期降低設計成本，發揮設計人員的創造性，加速產品更新換代。
展開 基于GROMACS的酒精-水互溶現象分子動力學模擬
關鍵詞：GROMACS；酒精-水混合物；互溶性；分子動力學；氫鍵分析
背景介紹
酒精與水的互溶行為在化學、材料、生物醫藥等多個領域中具有重要意義。例如，藥物溶液設計、溶劑工程、生物膜相互作用等都依賴于對醇-水體系微觀結構的深入理解。傳統實驗雖然能觀察到宏觀性質變化，但在分子尺度上的機理揭示仍需借助分子動力學模擬。
本案例基于GROMACS軟件，模擬分析乙醇-水混合液體系的互溶過程與氫鍵網絡特征，探索兩種液體互溶行為背后的分子機制。
初始模型構建
首先利用Packmol構建水與乙醇兩相體系，各占3×3×3 nm3盒子的一半，packmol輸入文件如圖1所示：
圖1 Packmol 輸入文件
所構建的初始水-乙醇兩相體系模型結構如圖2所示：
圖2 初始乙醇-水兩相結構
首先進行能量最小化：
gmx grompp -f em.mdp -c mix.gro -p top.top -o em.tpr -maxwarn 1
gmx mdrun -v -deffnm em
能量最小化后進行2 ns的平衡模擬:
gmx grompp -f md.mdp -c em.gro -p top.top -o md.tpr -maxwarn 1
gmx mdrun -v -deffnm md
模擬分析
經過2ns的平衡模擬后，可以看到乙醇和水分子已經發生了充分的混合，如圖3所示：
圖3 模擬2ns后乙醇-水混合體系快照
我們進一步統計模擬過程中乙醇與水分子之間氫鍵數目的變化，如圖4所示：
圖4 乙醇與水分子之間氫鍵數目的變化
可以看到，模擬到200ps左右乙醇與水分子之間形成的氫鍵數已經基本不變，說明此時體系已經混合得較為均勻。
展開 SPH(光滑粒子流體動力學)-模擬水蝕 ￥10
<p>一個簡單的例子-模擬水蝕的過程。</p><p>目前采用SPH方法實現單個水平沖擊金屬涂層基體的過程，具體詳細步驟大家可以自行去研究cae和inp文件，如果有不明白的地方，可</p><p>在此感謝Usim大佬的支持，大家可以搜索會員名字 Usim ，去他的主頁看看，不是一般的NB，動力顯示分析的大手。</p><div contenteditable="false" width="100%"><img src="https://img.jishulink.com/upload/201911/f83382c467a74f39a6ad8326a928ae9c.gif" title="SPH.gif" alt="SPH.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201911/f83382c467a74f39a6ad8326a928ae9c.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/201911/f83382c467a74f39a6ad8326a928ae9c.gif?
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【EDF開源CAE】基于TELEMAC-MASCARET對航道下游PLC系統故障導致閘門開關失常的影響研究
02
軟件介紹
TELEMAC-MASCARET是法國電力集團（EDF）的法國國立水利與環境實驗室開發的一款研究水動力學和水文學領域的高性能數值仿真開源軟件。基于有限元法，使用不規則三角網格，讓復雜的海岸線和河口的描繪更為精確。該軟件可以構建1D，2D和3D水動力學模型以解決波浪傳播, 波浪振動特性，水質污染，泥沙輸運和海床形態變化等問題，擁有豐富的用戶技術支持和廣泛的工業應用及驗證。
03
案例展示
從空間尺度上來說，河流的總長度一般遠大于河流的寬度。對于這樣的河流，法國電力集團（EDF）的水利工程中心常用一維水動力學模塊Mascaret來進行建模和研究。
展開 船舶快速性、水動力學分析Shipflow?
Shipflow是一款性能優越的船舶流體力學分析專用軟件（數字化船模水池），適于民船和軍船的各種水動力特性研究，能夠分析波浪模式、空間流線和波浪增阻、航行下沉和縱傾、粘性阻力、興波阻力、誘導阻力、升力以及螺旋漿效率等船體特性參數。
產品概述
Shipflow最初由瑞典的SSPA 公司和 Chalmers 科技大學在80年代聯合研制并推出，是針對船體和潛水器流體動力學數值模擬的專用軟件。經過20多年的發展，在全世界擁有眾多的客戶群，為船舶流體力學研究提供了可靠、便利的工具。 Shipflow 相當于數字化的船模水池，適于進行民船和軍船的各種水動力特性研究。 Shipflow 模擬可以給出波浪模式、壓力分布、速度矢量、空間流線和波浪增阻、航行下沉和縱傾、粘性阻力、興波阻力、誘導阻力、升力以及螺旋漿效率等船體特性參數。通過結合具體船型進行船舶流場特性預報，比較不同線型方案的性能優劣，提高船舶設計質量，縮短設計周期降低設計成本，發揮設計人員的創造性，加速產品更新換代。
展開 【培訓通知】遠算聯合法電與河海大學共同舉辦的TELEMAC-MASCARET專題培訓通知
第二天
TELEMAC-MASCARET 二維水動力學仿真介紹：
? SALOME-HYDRO-數值模擬前處理與后處理集成平臺介紹
? 使用SALOME-HYDRO進行幾何建立、地理信息插分、計算邊界條件和計算操縱文件生成的方法介紹
練習6-多支流河流的穩態及非穩態二維水動力分析：使用SALOME-HYDRO生成計算所需的幾何文件等的前處理步驟。
TELEMAC-MASCARET水動力學仿真介紹：
? TELEMAC 2D 水動力學求解器計算設置方法詳解
? TELEMAC 2D 潮汐、示蹤物、源項設置方法詳解
練習6 (續)-多支流河流的穩態及非穩態二維水動力分析：使用SALOME-HYDRO生成計算所需的邊界條件文件，計算操縱文件，使用TELEMAC 2D二維水動力學模型進行計算和可視化后處理。
第三天
TELEMAC-MASCARET大范圍風成浪生成和傳播模擬：
? 簡述波浪傳播理論知識背景，介紹TOMAWAC模塊及使用方法
練習7-大范圍風成浪生成和傳播模擬：學習粗細網格混合使用的計算設置方法，通過SALOME-HYDRO導出邊界場的信息，編寫相應的TOMAWAC模塊計算操縱文件并提交計算，通過SALOME-HYDRO進行可視化后處理。
展開 【環境仿真專題最后一講】使用TELEMAC-MASCARET研究英國科威特西部海灣魚類死亡事件的潛在驅動因素
由于水體環境惡劣，S灣會不定時地發生水生物大量死亡事件。一些定性的研究表明，S灣夏季空氣溫度在某些極端情況下可達52度，高溫帶來的高蒸發率會導致海水的高鹽度。此外，S灣低降水率、低進水率以及工業排污引入的高需氧量，都降低了水體中的含氧量。以上因素都有可能是造成水生物死亡的原因。為此，英國環境漁業與水產養殖科學中心（Cefas）同科威特環境公共管理局合作，通過
TELEMAC-MASCARET
模擬這些不利因素對溶解氧的影響，通過定量地仿真研究，來確定造成水生物的死亡現象的原因。
02
軟件介紹
TELEMAC-MASCARET是法國電力集團（EDF）的法國國立水利與環境實驗室開發的一款研究水動力學和水文學領域的高性能數值仿真開源軟件。基于有限元法，使用不規則三角網格，讓復雜的海岸線和河口的描繪更為精確。該軟件可以構建1D，2D和3D水動力學模型以解決波浪傳播, 波浪振動特性，水質污染，泥沙輸運和海床形態變化等問題，擁有豐富的用戶技術支持和廣泛的工業應用及驗證。
03
模型建立
水動力學模型
Cefas使用TELEMAC-MASCARET中的Telemac2d模塊構建了受潮汐驅動的S港二維水動力模型。
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