浮標(biāo)是發(fā)達(dá)國家觀測和勘察海洋的重要工具。隨著對海洋的逐步開發(fā),拖曳浮標(biāo)慢慢運(yùn)用在工程實(shí)踐中。圓柱繞流是個經(jīng)典的力學(xué)問題,在工程中運(yùn)用很廣。因此,研究拖曳圓柱浮標(biāo)運(yùn)動姿態(tài)和流場在理論研究和工程實(shí)際運(yùn)用方面都有很大的研究價(jià)值。本文在這方面做出了一些成果。 本文使用FLUENT軟件平臺上的湍流模型,計(jì)算定常來流下不同攻角的單圓柱的水動力性能,通過對圓柱受力和力矩進(jìn)行分析,在受力平衡和力矩平衡的限制條件下,最后得到圓柱在水下和水面運(yùn)動的穩(wěn)定狀態(tài)。 圓柱水下運(yùn)動時,通過k-ε和Realizable k-ε兩個湍流模型分別計(jì)算圓柱繞流運(yùn)動。計(jì)算結(jié)果說明通過Realizablek-ε計(jì)算的結(jié)果比k-ε大,但兩個湍流模型計(jì)算的力矩平衡傾角與受力平衡傾角不同,計(jì)算結(jié)果存在一定誤差。同時通過k-ε計(jì)算了二維圓柱水下繞流和三維圓柱水下繞流的情況,計(jì)算結(jié)果與經(jīng)典文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)比較,發(fā)現(xiàn)k-ε模型在模擬二維圓柱水下流動時,誤差小,而模擬三維圓柱水下流動,誤差比較大。 圓柱水上運(yùn)動,FLUENT計(jì)算不同排水體積下圓柱受力平和力矩平衡傾角,通過傾角計(jì)算出浮標(biāo)穩(wěn)定的排水體積。說明本文提出的物理模型對于圓柱水上繞流有一定價(jià)值,計(jì)算方法需要根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)不斷修正和完善。 拖曳浮標(biāo)的纜繩斷裂時,浮標(biāo)會自由上浮。在浮標(biāo)自由上浮試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了一種換算浮標(biāo)自由上浮試驗(yàn)的方法。換算結(jié)果通過與FLUENT計(jì)算的結(jié)果比較,誤差不是很大。本文提出的方法具有可行性,需要根據(jù)浮標(biāo)實(shí)尺自由上浮試驗(yàn)的數(shù)據(jù)完善。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：P715.2
【部分圖文】：

在考慮浮標(biāo)在水下運(yùn)動的過程中，我們選各力對原點(diǎn)的力矩，不用考慮 f 對力矩的影響。重力固定不變，阻力 R 和升力 F 隨著運(yùn)動攻角水下運(yùn)動姿態(tài)時，主要計(jì)算了某一固定速度下阻力，升力和力矩。然后通過力矩平衡和受力力矩平衡傾角，計(jì)算值應(yīng)與浮標(biāo)自身傾角角度是和計(jì)算區(qū)域模型通過 ICEM CFD 完成建模，圓柱模型直徑-2 為圓柱模型圖。

17圖 3-3 計(jì)算流域圖2 網(wǎng)格劃分在計(jì)算前，需要對計(jì)算區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格的質(zhì)量對于計(jì)算的精確度影響很大，因此劃分網(wǎng)格前，需要對整個流動有個清晰認(rèn)識。在流動位置，網(wǎng)格可以稀疏；在流動比較復(fù)雜的位置，需要對網(wǎng)格進(jìn)行合理的合理的網(wǎng)格尺度。本文比較關(guān)心圓柱浮標(biāo)在水下運(yùn)動時，圓柱受的力和浮標(biāo)圓柱周圍進(jìn)行了加密。本章通過 ICEM CFD 來劃分網(wǎng)格。通過該軟件進(jìn)行分塊處理，在圓柱體 O 型網(wǎng)格，再對 O 型網(wǎng)格選擇合理的尺度大小，用于來模擬圓柱的邊

中縱剖面圖
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2866719