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数值波浪水池的建立和潜体适航性能的数值计算及试验研究
| 论文题名： | 数值波浪水池的建立和潜体适航性能的数值计算及试验研究 |
| 关键词： | 数值模拟;波浪水池;潜体适航性能;FLUENT软件 |
| 摘要： | 数值模拟技术是一个新兴的领域。随着计算机计算能力的快速发展，数值模拟技术渐渐发挥出它强大的优势，如今在船舶与海洋工程领域中，数值模拟技术逐渐成为研究海洋工程、舰船和潜器等海洋运载器与波浪之间相互作用的一种重要手段。由于其成本低、无尺度效应、能精确的获得流场信息和方便快捷等优点，必将成为船舶与海洋工程发展的主要趋势。潜体在近水面波浪中水动力的计算研究对于潜器和潜艇的设计及其在近水面的定深航行控制方案的制定具有重要的现实意义。本文基于 CFD技术分别研究了二维及三维数值波浪水池，分析了水下潜体在近波面的受力情况，数值计算了不同潜深和不同潜体在相同潜深下所受到的波浪力，并进行了潜艇自航模近自由液面的耐波性能试验。论文主要完成了以下工作： 1.基于粘流理论建立了二维数值波浪水池，数值模拟中，使用有限体积法对控制方程(RANS方程)和连续性方程进行离散，采用几何重构(Geo-Recontruct)格式的VOF方法对自由面进行处理；采用速度边界与位于波浪水池尾部的人工阻尼区实现造波与消波；最后得到效果较好的二维波浪，为后面三维数值水池的建立打下基础。 2.根据二维数值波浪水池的理论基础，建立了三维数值波浪水池，并且对近水面零航速的潜椭球体在规则波中水动力进行了计算。并将计算结果与基于势流理论的面元法计算结果进行了比较。计算结果表明，基于数值波浪水池技术可以对近水面物体在波浪中所受的水动力进行准确的计算，从而为潜器和潜艇的设计及其在近水面的定深航行控制提供依据。在第三章的最后对SUBOFF潜艇的近水面波浪力进行了计算，与前面得到的结果一致。 3.运用FLUENT中的动网格技术，模拟物体在波浪中的自由运动，首先也是对二维的潜体运动进行研究和探索，然后实施于三维物体上。本文很好的模拟了对称简单物体在近波面的自由运动，并对潜艇的自由运动进行理论设想。 4.最后在水池进行了潜艇自航模的近水面耐波性能试验，从而验证了数值模拟中的一些结果，同时也反过来验证了应用数值模拟的方法可以实现潜体在波浪中的实验。应用数值模拟技术能够方便快捷的模拟试验环境，并能够得到精确的得到全流场的信息，相信数值水池模拟技术在不久的将来会替代模型实验。 |
| 作者： | 曹军军 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 庞永杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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