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原文传递潜艇操纵运动水动力数值研究

论文题名：	潜艇操纵运动水动力数值研究
关键词：	潜艇;操纵运动;水动力学;数值模拟;湍流模型
摘要：	海洋资源的开发和利用对潜水器的操纵性提出了更高的要求，因此有必要对潜水器的水动力导数的数值预报方法进行研究。由于SUBOFF潜艇的试验数据最为全面，已成为验证数值方法的标准算例，所以本文采用FLUENT软件对SUBOFF潜艇操纵运动进行数值方法研究。　　首先，本文对SUBOFF潜艇进行了直航试验的数值模拟。通过对SUBOFF裸艇体直航试验的数值模拟，研究了流场介质和温度对计算结果的影响，计算结果表明，温度每升高3摄氏度，计算结果约减小1％；相同温度下，以海水为介质比淡水为介质的计算结果约大3%。因此，选择与试验条件下相同的温度的介质是计算可靠的重要一环。　　通过对SUBOFF裸艇和全附体进行直航试验的数值模拟，分析了Standard k-ε和RNG k-ε湍流模型的适用性。从数值计算结果与试验结果对比来看：Standard k-ε比RNG k-ε模型更适合裸艇直航试验的数值模拟；RNG k-ε比Standard k-ε模型更适合SUBOFF全附体直航试验的数值模拟。湍流模型适用性的结论对斜航试验的数值模拟具有指导意义。通过直航试验的数值模拟，验证了网格及数值方法的可靠性，为斜航试验和旋臂试验的数值模拟打下了很好的基础。　　其次，本文对SUBOFF潜艇的斜航试验进行了数值模拟。通过对SUBOFF裸艇斜航试验的数值模拟，分析了Standard k-ε和RNG k-ε湍流模型对航速为4.5kn和6.5kn的数值计算结果，通过与试验结果的对比表明，对航速为4.5kn时的数值模拟结果比航速为6.5kn更接近试验值；用Standard k-ε湍流模型模拟裸艇体斜航试验比RNG k-ε湍流模型更加准确，验证了直航试验湍流模型适用性的结论；在航速为4.5kn时，采用Standard湍流模型模拟裸艇斜航试验的误差为在8%以内，能较好的满足工程预报的要求。　　采用RNG k-ε湍流模型，航速为4.5kn进行了B.H.+Sail和B.H.+4 Planes这两种情况的斜航试验数值模拟。对不同漂角斜航时所受的阻力、横向力和转首力矩进行了预报。与试验的对比结果表明：对B.H.+ Sail斜航试验的数值计算误差在8%以内，能较好的满足工程预报的要求； B.H.+4 Planes斜航试验的数值计算误差在11%以内，满足工程预报的要求。　　随后，本文通过旋转坐标系方法（SRF）对裸艇旋臂试验进行了数值模拟，计算结果表明，转首力矩的旋转导数与试验值的误差为52.5%，工程预报精度较低。　　最后，本文以结构化网格为基础，采用基于UDF的添加动量源项法完成了潜艇旋臂试验的数值模拟。预报了不同角速度下的粘性力和力矩。与试验结果的对比表明，裸艇和带附体情况的数值计算误差在9％以内，满足工程预报的要求。
作者：	刘帅
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	葛彤;赵敏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文