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原文传递振动翼近自由面水动力特性研究

论文题名：	振动翼近自由面水动力特性研究
关键词：	振动翼推进器;近自由面;振动频率;来流速度
摘要：	振动翼推进器作为一种新型的环保节能推进器,其水动力性能研究对于应用振动翼的船舶推进设计具有重要意义。除需要对振动翼振动频率范围对于推力正负的影响进行研究之外，还需关注自由液面波动，均匀来流等因素的影响。本文以计算流体力学(CFD)软件中的STAR-CCM+为研究工具，确定了振动翼稳定推进的振动频率范围和合适的来流速度，为振动翼推进器更好地实现推进提供良好的方案。　　势流方面本文用简单格林函数来求解流场，给出了文中采用的无界流数据处理振动翼近自由面问题的理论基础。粘流方面，基于粘性流体动力学的基本理论，利用 VOF方法处理水气自由液面,让水翼做强迫运动，求解N-S方程。在STAR-CCM+平台中划分网格,针对不同数量的正交切割体网格，计算最佳网格尺度并进行收敛性分析,还有时间步长的研究,考虑到振动翼在水面下的实际情况，优选软件参数，选择合适的湍流模型，以建立针对振动翼自由面下推进的完整研究方法。　　利用上述研究方法,针对振动翼，进行了纯升沉、纯纵摇以及升沉纵摇耦合运动的研究。将研究结果与文献进行了对比，趋势吻合度好，而且可以看出各个振动频率下势流解与粘流解的差值近似相等，而且可以分析出推力出现负值的情况。模拟过程中，可以观测到波高的变化情况、流场的速度分布和压力分布。数值结果表明，振动翼在小幅度的纯升沉运动时，推力会在一定频率下呈现负值，在做纯纵摇运动和升沉纵摇耦合运动的时候，推力都是负值。　　本文对一阶斯托克斯波下纯升沉的振动翼进行了模拟，并对最大升力系数、最大阻力系数以及最大力矩系数随着傅汝德数Fn的变化情况进行了分析，发现以上系数会随着傅汝德数Fn的增加而逐渐减小，因此振动翼在波浪下运动的时候，流速过高或过低都不能保证振动翼推力充足，必须在合适的流速之下振动翼才能正常推进，还通过数值计算结果验证了无论在静水面还是自由面下都要保持一定振动频率才能维持正常推进的结论，并通过长时间的时域分析发现了规则波对于振动翼水动力的放大作用,为振动翼在水流中保持稳定推力提供更充足的技术细节。　　本文的数值方法可为振动翼推进器在小幅升沉运动的情况下时均推力正负值的界限提供一个更为准确的参考，振动频率是保证振动翼产生正向推力的一个重要依据，也就是说振动翼推进器在运动的时候必须保证一定的振动频率才能维持向前的推力。
作者：	王添诚
专业：	力学
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