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高雷诺数下水翼水动力性能离散涡方法研究
| 论文题名： | 高雷诺数下水翼水动力性能离散涡方法研究 |
| 关键词： | 船舶水翼;水动力性能;离散涡方法;高雷诺数 |
| 摘要： | 高雷诺数绕流下水翼的水动力性能一直是高性能船舶设计时考虑的关键因素。随着研究不断深入，预报水翼水动力性能的方法由模型试验向数值模拟发展。在实际高雷诺数下水翼水动力性能的计算过程中，离散涡方法能够用较少的计算成本获得较高的计算精度。但是，当水翼攻角不为零度时，该方法的计算精度将大幅下降。因此，针对这一问题，本文将提出一种新的离散涡方法，半确定性半随机性涡方法，旨在不增加计算量的同时，提高非零度攻角水翼水动力性能预报精度。 本文首先提出了一种改良的离散涡方法。相比原离散涡方法，其能够在生成涡元的同时，严格满足涡量守恒条件；有效地避免涡元进入物体；准确且快速地计算涡元的对流运动。经过验证，该方法能够准确地预报方柱，角柱，椭圆柱，零度攻角水翼在高雷诺数绕流下的水动力性能，并且将阻力系数的相对误差绝对值控制在5%以内。 但是，该算法无法准确预报非零度攻角水翼的水动力性能。经分析，发现算法中由于采用随机步走法近似扩散项，导致水翼上表面边界层提前分离，降低了预报精度。为解决该问题，本文提出了一种新型离散涡方法：半确定性半随机性步走法。在该方法中，涡元扩散项的近似方法由涡元与边界层分离点的相对位置决定：对于边界层分离点前的涡元，用边界层重组法（确定性方法）近似其扩散项；对于分离点后的涡元，用随机步法近似其扩散项。经过验证，该新离散涡方法能够准确地预报非零攻角水翼的水动力性能，且将升力系数的相对误差绝对值控制在6%以内。另外，该半确定性半随机性涡方法还具有非常强的数值稳定性：经过验证，该方法能够满足网格无关性要求与时间步无关性要求，因此，其具有一定的应用价值。 |
| 作者： | 温永吉 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 姜宜辰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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