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原文传递赛艇粘性流场的数值模拟

论文题名：	赛艇粘性流场的数值模拟
关键词：	WIGLEY数学船型;FLUENT软件;赛艇;粘性绕流;数值模拟;船舶计算流体力学
摘要：	赛艇运动是现代奥运会的一个大项，其比赛成绩的好坏，不仅与运动员的体能、运动技术有关，还与赛艇器材的水动力性能密切相关。为了提高赛艇比赛成绩，世界上赛艇强国一方面应用现代高科技训练运动员，以最大限度地提高其体能和运动技术，另一方面应用现代计算流体力学方法研究赛艇器材的水动力性能，用理论与数值方法优化艇型。每次大赛欧美强国都有新器材出现，种类多，更新快；而我国还没有自行设计的适合我国运动员特点的赛艇，参加国际大赛的赛艇基本上向国外购买或租用，因此中国队常与金牌失之交臂。从近几年国际大赛的情况来看，我国的体能训练已经达到世界一流水平，造成失利的主要因素是器材，器材的水动力性能直接影响比赛的成绩。为了在大赛中获得好成绩，赛艇的水动力性能研究成为赛艇运动的当务之急。传统船舶设计研究需要进行大量的模型试验，耗费大量的人力、财力，周期长。过去几十年来对船舶水动力数值方法的不断探索和研究，计算机硬件、网格技术和数据库的显著发展，船舶计算流体力学(船舶CFD)方法在计算能力和实用化方面都发生了深刻的变化，分析船舶及其附体的性能和流动细节的CFD软件的功能也越来越强，基本上能达到工程应用要求。将舰船CFD技术运用于赛艇这种特殊的船型，国外研究的较多，也取得了不少可喜的成果，但少见公开文献报道。目前我国还少见使用现代流体力学方法来研究赛艇的性能。本文利用计算流体力学商用软件FLLIENT对-Wigley数学船型进行了粘性绕流数值模拟，分析了网格划分方法、各种离散格式、常用的边界条件、近壁面处理方法。选取雷诺时均方程(RANS)为控制方程，采用多块结构网格，分离式求解器隐式方案，近壁面选用近壁模型，微分方程的离散使用有限体积法，对流项采用二阶迎风格式离散，扩散项使用中心差分格式，速度压力耦合方程采用SIMPLEC算法，在不改变其他条件下，探求了不同湍流模式对数值结果的影响。结果表明Realizable k-ε模型得到的结果最为接近试验结果，这为下一步模拟单人赛艇时湍流模式的选取提供了经验。在上述工作的基础上，本文还采用FLUENT软件对某单人赛艇进行了粘性绕流数值模拟，得到了艇的表面压力分布、粘性阻力及粘性阻力系数，与试验结果吻合得好：同时还得到了形状因子(1+k)，与他人根据试验结果得到的回归公式计算结果很接近。从而，采用商用FLLYENT软件可以很好的预报赛艇的粘性阻力、流场速度分布等性能特征，可以获得比经验公式结果更为详细的流场信息，从而为赛艇设计提供依据。
作者：	高玉玲
专业：	水上运动装备工程
导师：	陈克强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文