本文關鍵詞：水下滑翔機粘性水動力數(shù)值模擬方法研究

  更多相關文章： 水下滑翔機 非線性水動力 附加動量源 用戶自定義函數(shù) 數(shù)值模擬

【摘要】：水下滑翔機是將浮標技術與水下潛航器結(jié)合的一種理想海洋環(huán)境監(jiān)測與測量平臺,越來越受到國際社會的關注,而水下任務的日漸多樣性與復雜性也對其操縱性提出了更高的要求。水下滑翔機有大量的上浮下潛和平面轉(zhuǎn)彎運動,這些運動形式的實現(xiàn)都要以準確的粘性水動力預報作為支持。粘性水動力系數(shù)獲取的準確與否會直接影響水動力模型的精確性,而且粘性水動力系數(shù)數(shù)量眾多,測定方法較為復雜,因此是操縱性預報的基礎和難點。本文結(jié)合天津大學研制混合驅(qū)動型水下滑翔機及數(shù)值水池平臺建設等項目需求,開展基于計算流體力學(CFD)的水下滑翔機粘性類水動力的數(shù)值模擬方法研究,解決各類水下航行器粘性類水動力系數(shù)的快速準確獲取問題。為水下滑翔機水動力外形優(yōu)化、運動模型的建立、操縱性預報和運動仿真等提供理論依據(jù)和指導。全文取得的研究成果如下:首先,在對粘性流場數(shù)值模擬理論進行簡單介紹后,對水下滑翔機不同航速下的直航試驗進行數(shù)值模擬,求取其阻力系數(shù)值,分析了不同雷諾數(shù)下阻力系數(shù)的變化規(guī)律。接下來建立水下滑翔機的非線性粘性類水動力模型,對水下滑翔機進行了水平和垂直運動面斜航試驗及空間運動的數(shù)值模擬。用三次樣條曲線擬合的方法求解了位置導數(shù)和相關非線性系數(shù)。根據(jù)建立的非線性水動力模型回歸解算出相應非線性系數(shù),分析了不同計算方法對計算結(jié)果的影響。然后通過附加動量源項法對水平面的旋臂水池試驗進行數(shù)值模擬。利用已有大量實驗數(shù)據(jù)的REMUS AUV模型,在推導載體坐標系下控制方程形式的基礎上,將附加動量源項以用戶自定義函數(shù)(UDF)的形式耦合到FLUENT控制方程中,分別采用standard k-w和SST k-w湍流模型,對REMUS AUV水平面的旋臂水池試驗進行了數(shù)值模擬。并與旋轉(zhuǎn)坐標系法(SRF)對旋臂水池試驗數(shù)值模擬結(jié)果進行了對比,將得到的計算結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比,分析了數(shù)值方法的可行性和精度。結(jié)果表明,使用standard k-w湍流模型的附加動量源項法具有更高的工程預報精度。最后采用基于UDF的附加動量源項法對水下滑翔機的旋臂試驗進行數(shù)值模擬,求解了水平和垂直運動平面的旋轉(zhuǎn)導數(shù);采用回歸法解算出水下滑翔機在速度和角速度相互耦合運動情況下的若干非線性水動力系數(shù)。
【關鍵詞】：水下滑翔機 非線性水動力 附加動量源 用戶自定義函數(shù) 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U674.941
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 字母注釋表12-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 引言14-15
• 1.2 粘性水動力系數(shù)獲取方法15-16
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀17
• 1.3.2 國外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 論文主要內(nèi)容18-20
• 第二章 基于FLUENT的數(shù)值計算理論基礎20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 粘性流場數(shù)值模擬理論20-27
• 2.2.1 控制方程20-21
• 2.2.2 湍流模型21-24
• 2.2.3 湍流流動的近壁處理24-26
• 2.2.4 數(shù)值方法26-27
• 2.3 網(wǎng)格技術27-28
• 2.4 用戶自定義函數(shù)（UDF）28-29
• 2.4.1 FLUENT數(shù)據(jù)類型28-29
• 2.4.2 預定義宏29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第三章 水下滑翔機拖曳水池試驗的數(shù)值模擬30-45
• 3.1 引言30
• 3.2 計算模型建立30-34
• 3.2.1 計算對象30
• 3.2.2 坐標系的選擇及水動力表達30-33
• 3.2.3 無因次化體系33-34
• 3.3 非線性粘性類水動力模型建立34-37
• 3.3.1 平面運動非線性粘性類水動力35-36
• 3.3.2 空間運動非線性粘性類水動力36-37
• 3.4 拖曳水池試驗數(shù)值模擬37-44
• 3.4.1 計算流域及網(wǎng)格劃分37-39
• 3.4.2 邊界條件39
• 3.4.3 直航試驗數(shù)值模擬結(jié)果39-40
• 3.4.4 斜航試驗數(shù)值模擬結(jié)果40-43
• 3.4.5 空間運動數(shù)值模擬結(jié)果43-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第四章 旋轉(zhuǎn)水動力計算方法驗證45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 坐標系轉(zhuǎn)換45-47
• 4.2.1 旋轉(zhuǎn)坐標系（SRF）下的控制方程45-46
• 4.2.2 載體坐標系下的控制方程46-47
• 4.3 計算模型建立47-48
• 4.4 旋臂水池試驗的數(shù)值模擬48-52
• 4.4.1 計算流域48-49
• 4.4.2 網(wǎng)格劃分49-50
• 4.4.3 數(shù)值方法50
• 4.4.4 計算方法驗證50-52
• 4.5 計算結(jié)果分析52-56
• 4.6 本章小結(jié)56-57
• 第五章 水下滑翔機旋臂水池試驗的數(shù)值模擬57-64
• 5.1 引言57
• 5.2 旋臂水池試驗的數(shù)值模擬57-63
• 5.2.1 計算域建立及網(wǎng)格劃分58-59
• 5.2.2 邊界條件設置59
• 5.2.3 源項的處理59
• 5.2.4 旋轉(zhuǎn)導數(shù)求解結(jié)果59-61
• 5.2.5 若干非線性水動力系數(shù)求解結(jié)果61-63
• 5.3 本章小結(jié)63-64
• 第六章 總結(jié)與展望64-67
• 6.1 全文總結(jié)64-65
• 6.2 未來工作展望65-67
• 參考文獻67-71
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明71-72
• 致謝72-73

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳瑋琪;顏開;王寶壽;史淦君;湯新元;劉志勇;;物體斜出水過程的軸向水動力參數(shù)辨識[J];船舶力學;2007年04期

2 周華君;河流海岸工程水動力數(shù)值模擬的基本過程[J];重慶建筑大學學報;2001年05期

3 劉敏;張寧;高同兵;閆學琳;陳小寧;;網(wǎng)格變形控制技術在帶前置定子導管槳水動力優(yōu)化設計中的應用[J];艦船科學技術;2011年12期

4 苑志江;金良安;田恒斗;盧yN斌;;海洋拖曳系統(tǒng)的水動力理論與控制技術研究綜述[J];科學技術與工程;2013年02期

5 李希彬;鮑獻文;馬超;于華明;;東海大堤對湛江灣水動力環(huán)境影響的研究[J];中國海洋大學學報(自然科學版);2009年S1期

6 王運洪，秘兆蘭;水動力環(huán)流流場研究[J];交通環(huán)保;1994年Z1期

7 張向明,李玉江;水下柔性魚形機構(gòu)原理及單尾鰭板水動力試驗研究[J];海洋工程;2002年01期

8 張利民,濮培民;日本琵琶湖的水動力三維數(shù)值模擬[J];海洋與湖沼;1996年01期

9 劉元丹;熊治國;劉敬喜;解德;;基于AQWA的旁靠油輪水動力相互作用研究[J];艦船科學技術;2012年05期

10 錢文豪;船尾節(jié)能型線和水動力附加節(jié)能裝置[J];船舶;1993年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王宏志;鄒早建;;船舶駛出船閘時的水動力數(shù)值預報[A];第二十五屆全國水動力學研討會暨第十二屆全國水動力學學術會議文集（上冊）[C];2013年

2 韓陽;陳紀軍;吳寶山;繆泉明;;基于黏流CFD的船船相互作用水動力數(shù)值模擬研究[A];第九屆全國水動力學學術會議暨第二十二屆全國水動力學研討會論文集[C];2009年

3 何杰;辛文杰;;填海工程對半封閉海灣水動力環(huán)境的影響分析[A];第二十一屆全國水動力學研討會暨第八屆全國水動力學學術會議暨兩岸船舶與海洋工程水動力學研討會文集[C];2008年

4 孫仁;;多個物體之間水動力相互作用的理論研究[A];第九屆全國水動力學學術會議暨第二十二屆全國水動力學研討會論文集[C];2009年

5 鄒璐;;淺水中低速斜航運動船舶水動力預報及誤差分析[A];2013年船舶水動力學學術會議論文集[C];2013年

6 包蕓;葉浩;許煒銘;;白藤堵海引起的水動力巨大變化和其后恢復的動力原因[A];第十五屆中國海洋（岸）工程學術討論會論文集(中)[C];2011年

7 孫仁;;Hamilton流固多物體系統(tǒng)的動力學問題[A];第十一屆全國水動力學學術會議暨第二十四屆全國水動力學研討會并周培源誕辰110周年紀念大會文集（上冊）[C];2012年

8 蔡烽;石愛國;萬林;;艦船搖蕩運動的混沌動力學分析[A];第七屆全國非線性動力學學術會議和第九屆全國非線性振動學術會議論文集[C];2004年

9 周琦;王化明;李旭輝;;兩船會遇黏性水動力數(shù)值計算[A];第二十五屆全國水動力學研討會暨第十二屆全國水動力學學術會議文集（下冊）[C];2013年

10 黃國富;常煜;張海民;;基于CFD的船用離心泵水動力振動噪聲源分析[A];第二十一屆全國水動力學研討會暨第八屆全國水動力學學術會議暨兩岸船舶與海洋工程水動力學研討會文集[C];2008年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 特約記者 張銀炎;七0八所水動力節(jié)能技術與時俱進[N];中國船舶報;2012年

2 記者 張銀炎;中荷首度攜手研究船舶水動力[N];中國船舶報;2005年

3 記者 胡曉峰;合資共創(chuàng)船舶水動力服務品牌[N];中國船舶報;2009年

4 記者 孫剛;交通部天科院大型水動力實驗室開工[N];天津日報;2011年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張明亮;河流水動力及水質(zhì)模型研究[D];大連理工大學;2007年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王錦富;地震與水動力聯(lián)合作用下深水橋墩的響應分析[D];石家莊鐵道大學;2016年

2 孫夢瑤;水下滑翔機粘性水動力數(shù)值模擬方法研究[D];天津大學;2014年

3 郭安;長江口水動力及污水擴散影響的數(shù)值模擬[D];河海大學;2007年

4 洪敏;Web環(huán)境下的水動力過程一體化模擬方法研究[D];南京師范大學;2013年

5 田園;基于MapGIS平臺的水動力數(shù)值模擬研究[D];天津大學;2007年

6 徐海華;基于組件技術的水動力數(shù)值模型前后處理GIS系統(tǒng)[D];天津大學;2006年

7 張楠;水動力三維可視化模擬演示研究與開發(fā)[D];天津大學;2012年

8 羅慶杰;物體近壁運動水動力干擾數(shù)值模擬[D];哈爾濱工程大學;2005年

9 張科;沿傾斜河床航行船舶水動力數(shù)值計算[D];上海交通大學;2014年

10 趙繼偉;三個物體之間水動力相互作用的研究[D];上海交通大學;2009年

，

本文編號：959150