原文传递
潜水器的水动力性能数值计算研究
| 论文题名： | 潜水器的水动力性能数值计算研究 |
| 关键词： | 水下自航器;水动力性能;计算流体动力学;数值模拟 |
| 摘要： | 随着世界各国对海洋资源的深入开发和军事方面的需求不断加强，潜水器在科研领域和军事方面的应用引起广泛重视。潜水器可以下潜到一定海域范围内的深层海水内部，对复杂的海洋环境和生物进行监测，完成水文测量、科学采样、海底搜索和水下采矿等任务，具有良好的应用前景。 AUV（水下自航器）作为水下潜器的一种，自身的体积小、重量轻，在水中航行时容易受到海流、旋涡的影响，这种影响会干扰其航行状态和作业姿态。为了研究AUV在复杂流场中的水动力性能，本文就采用CFD数值模拟的方法，对某AUV（水下自航器）的水动力性能展开研究，具体内容如下： （1）首先对AUV裸艇体进行数值计算，验证CFD数值计算的可靠性，选出合适的湍流模型和网格数量。为选出较佳的湍流模型，分别计算出Standard k-ε、RNG k-ε和SST k-ω三种湍流模型下的总阻力值，并和试验值比较，选出RNG k-ε为最佳的湍流模型；对网格数的独立性进行分析，选出既节约时间成本、计算精度最高的网格数量在50万左右。 （2）对AUV在有尾翼、没有尾翼，速度在1.4m/s～2.2m/s的范围，漂角在0°～15°时的40种不同组合的工况进行数值计算，通过图表分析以及将计算的结果导入IBM SPSS软件进行方差分析可知：改变漂角和速度都对AUV的压阻力影响较大，对摩擦阻力的影响微小，所以漂角和速度对压阻力的影响是AUV总阻力发生变化的主要原因；漂角和速度对有尾翼的AUV阻力性能的影响都大于没有尾翼的AUV阻力性能的影响；尾翼的显著性值很接近给定的显著性水平α，表明AUV是否带有尾翼对其总阻力影响很小；在给定的速度和漂角的范围内，三种因素影响AUV总阻力水动力性能的程度排序为：速度>漂角>尾翼。 （3）通过二相流模拟计算AUV在自由液面航行时的阻力值，并将计算结果和无限水域中的结果进行对比，研究自由液面对AUV水动力性能的影响。由分析可知：不能忽略自由液面对AUV水动力性能的影响；当AUV在近自由液面航行，压阻力的变化是总阻力发生变化的主要原因；通过数值结果和云图分析出，当傅汝德数Fr在0.278～0.437范围时，在AUV的尾部首尾横波会产生兴波干扰。 通过对AUV在无限水域和近自由液面航行时的数值模拟计算，分析了不同参数、自由液面对AUV水动力性能的影响，为后续的研究和实际工程应用提供借鉴。 |
| 作者： | 杨美红 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 李铁骊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
