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波浪作用下航行体带空泡出水过程数值模拟
| 论文题名： | 波浪作用下航行体带空泡出水过程数值模拟 |
| 关键词： | 波浪作用;航行体带空泡;出水过程;数值模拟 |
| 摘要： | 随着海洋资源的开发利用越来越受到重视,各国对水下航行体技术的研究应用也日益加强。航行体在水下高速运动时,会在肩部和尾部产生空泡,由于空气密度比水小的多,故对航行体的运动特性会产生一定影响。当其运动至出水过程时,还会受到波浪力的作用,以及空泡溃灭的影响,故航行体在出水过程中其表面受力十分复杂。为保证航行体水下运动过程的顺利进行,且能以正确姿态出水直至到达预计飞行地点,故很有必要展开对波浪现象、空化机理及其两者耦合作用下航行体出水动力特性的研究。 本课题基于CFD技术对波浪作用下航行体带空泡出水过程进行数值模拟,以获得波浪、空化耦合作用下航行体出水过程中的受力载荷与表面压力载荷时空分布数据及其相应的空泡几何时变特性。建立了不同波浪相位下航行体出水受空泡溃灭及波浪作用的影响规律,通过对所获数据进行详细的分析以确定航行体的最优出水波浪相位。并进一步研究分析了航行体在最优出水波浪相位下,分别以2°、6°、10°攻角顺逆浪出水以及45°倾角顺逆浪倾斜出水时,航行体受波浪、空泡影响作用下的流体动力特性。 研究结果表明:航行体在波峰位置出水时非对称空泡溃灭对航行体冲击载荷最大,其次是波谷位置。在中间相位(θ=90°,θ=270°)出水时空泡几何特性与力学载荷对称性较好,出水过程航行体姿态易于控制,且在θ=270°波浪相位出水时表现为最好,为本次研究的最优出水波浪相位。 最优波浪相位下,攻角对航行体出水过程的流体动力特性有较大影响,且攻角越大,航行体的受力载荷与力矩载荷也越大。而处于同一攻角时,航行体在顺、逆浪情形下的载荷特性几乎相同而空泡迎背水面分布出现差异。顺浪状况下,空泡主要覆盖于背水面一侧;逆浪状况下,空泡主要覆盖于迎水面一侧。 最优波浪相位下,顺逆浪对于航行体以45°倾角倾斜出水过程的流体动力特性有一定的影响。顺浪情形下,空泡在迎水面上具有比背水面稍大的空泡几何长度和厚度;逆浪情形下,空泡在背水面上具有比迎水面稍大的空泡几何长度和厚度。但顺、逆浪情形导致的航行体受力载荷差异性较小,仅在空泡溃灭时,顺浪情形下表现出了比逆浪情形下稍大的对航行体的冲击作用。 |
| 作者： | 陈世雄 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 宋彦萍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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