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三维水翼空化的流体动力和结构载荷特性数值模拟研究
| 论文题名： | 三维水翼空化的流体动力和结构载荷特性数值模拟研究 |
| 关键词： | 舰船;三维水翼;空化现象;流体动力;结构载荷特性;数值模拟 |
| 摘要： | 现代舰船对自身隐蔽性、舒适性和安全性的要求越来越高，然而随着航行速度的提升，水翼、螺旋桨的叶片表面将会不可避免的产生空化现象。空化是一种复杂的多相流动，常伴随着空泡的生长、脱落和溃灭，表现出较强的时变特性，易导致表面脉动压力急剧增大，并且造成振动、空蚀和噪声等不良后果，因此水翼的空化机理和流体动力特性一直是高速航行器水动力学的主要研究内容。 流固耦合方法考虑水翼的位移形变与流场之间的相互干扰，与单独的流体仿真相比更接近实际情况，且能获取水翼的结构载荷特性，这对预报和控制水翼空化现象、改善其流体动力性能有重要帮助。本论文基于流固耦合算法，利用Workbench+CFX+Mechanical APDL软件对水翼空化问题进行了双向流固耦合计算，获得了三维水翼在空化多相流作用下的流体动力和结构载荷特性。 对水翼空化问题的流体动力、结构载荷特性展开流固耦合分析，利用CFX对三维水翼的空化问题进行流体动力学仿真，对网格划分策略、湍流模型进行对比验证，建立了双向流固耦合的计算模型并对铝合金材质水翼的云状空化问题进行研究，获得耦合算法下的空泡形态发展规律、升阻力系数及结构载荷特性。 对水翼空化的流体动力和结构载荷特性影响因素展开分析，考察水翼空化问题的影响因素，对由水翼结构刚度、水翼攻角及空化数变化所引起的流体动力特性和结构载荷特性差异进行研究，经过双向流固耦合计算，获得了结构刚度、空化数和攻角对水翼的空泡形态、升阻力系数、结构位移形变和应力分布等特性的影响规律。 |
| 作者： | 任怀勋 |
| 专业： | 一般力学与力学基础 |
| 导师： | 张嘉钟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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