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组合柱体绕流场模拟与水动力干扰分析
| 论文题名： | 组合柱体绕流场模拟与水动力干扰分析 |
| 关键词： | 升降桅杆;水下航行体;组合柱体绕流;水动力干扰 |
| 摘要： | 升降桅杆是水下航行体上的重要通讯交流设备，随着光电和图像技术的发展，同时为了提高水动力性能和顺应小型化发展趋势，其结构形状逐渐向复杂的组合柱体式发展，这种组合柱体式升降桅杆通常设计由多个截尾翼型柱体等规则体垂向连接而成。当其伸出水下航行体外呈工作状态时，由于特殊的结构形状，桅杆周围流场将产生复杂扰动，进而影响其工作性能。因此有必要对不同流场状态下的这种组合柱体绕流进行分析研究，这对提高水下航行体隐身性能也具有重要意义。 在对CFD湍流模型和自由液面描述方法等论述对比后，采用RNG k??湍流模型及 VOF方法对穿透自由液面的翼型柱体绕流进行数值模拟，计算结果与爱荷华大学水动力实验室的模型实验结果吻合度较高，验证了该方法的准确性，并在后续工作中皆采取该方法进行数值研究。 针对航行体水下航行和近水面航行状态，在对单个规则截尾翼型柱体绕流研究的基础上，分别对无界流场和带自由液面流场中组合柱体绕流进行数值计算研究。分析后得到了柱体水动力系数变化趋势及流场特征，组合柱体中交界面处流体速度梯度大且流动十分复杂。自由液面的波动对涡街变化和水动力特性的干扰显著，水面形成明显兴波尾迹，且柱体水动力系数脉动随机性更强。 最后对组合柱体水动力特性与攻角、排列方式之间的变化规律进行了计算分析。结果表明，随着攻角的增加，柱体表面受力也明显增大，流动分离位置向前缘移动，尾流场中卡门涡街现象明显。串列布置时，上游处组合柱体的遮蔽作用使得下游处柱体的受力减小，流场中尾迹趋于一条稳态流。而并列布置时，柱体升阻力系数有很大增幅，流体只在组合柱体尾部发生流动分离，越远离柱体尾流间的相互干扰越强，且流场呈现明显三维特性。 |
| 作者： | 姜苗苗 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 丁勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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