發(fā)布時間：2020-11-09 01:24

　　 附加質(zhì)量是影響水下運動物體受力的重要參數(shù)之一,可用于渦輪機、魚群游動、換熱器管束、機翼、水艇等在流體中運動的動力特性的研究。以高效準確地計算物體的附加質(zhì)量為目標,提出基于解析復(fù)勢的復(fù)變函數(shù)方法,推導出附加質(zhì)量的完全解析計算式,最終代入Matlab數(shù)值積分求得結(jié)果。計算過程具有解析程度高、變量參數(shù)明確、耗時少的優(yōu)勢,計算結(jié)果準確可靠。基于解析復(fù)勢,重點研究了圓柱、橢圓柱、儒可夫斯基翼型、串列雙圓柱、儒可夫斯基翼型+圓柱的串列組合結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量,主要的工作和研究成果如下:(1)采用基于解析復(fù)勢的復(fù)變函數(shù)法計算的圓柱、橢圓柱附加質(zhì)量與精確解完全一致,且隨著橢圓柱的攻角改變,其水平附加質(zhì)量與基于垂直高度平方解的大小幾乎一致。(2)通過坐標旋轉(zhuǎn)、平移及儒可夫斯基變換得到儒可夫斯基翼型的解析復(fù)勢,從而基于解析復(fù)勢求解出翼型的附加質(zhì)量。計算結(jié)果表明:儒可夫斯基翼型的水平附加質(zhì)量M11隨著厚度參數(shù)R/a的增大、弧度參數(shù)β的增大而增大;豎直附加質(zhì)量M22隨著的R/a增大、β的減小而減小。隨著翼型攻角的變化,其水平附加質(zhì)量與垂直高度平方解具有相同的變化趨勢。(3)通過Milne-Thomson圓定理詳細推導了串列雙圓柱在無限域理想流體中任意半徑比r、間隔距離ε的解析復(fù)勢,求得圓柱1的附加質(zhì)量的變化規(guī)律:附加質(zhì)量M11隨著圓柱2半徑的增加而增大,隨著間隔距離ε的增加而迅速減小。間隔距離越遠,圓柱2對圓柱1的影響越小,當間隔距離與圓柱1半徑的比值超過4時,M11→1,即圓柱1表現(xiàn)出流場中單個圓柱的附加質(zhì)量值。(4)綜合儒可夫斯基翼型和串列雙圓柱的解析復(fù)勢的推導過程,求解了儒可夫斯基翼型+圓柱的串列組合結(jié)構(gòu)的解析復(fù)勢及附加質(zhì)量的完全解析計算式,得到組合中翼型的附加質(zhì)量及其與圓柱大小、間隔距離之間的影響關(guān)系:翼型的水平、豎直附加質(zhì)量均隨著圓柱半徑的增加而增大,隨著間隔距離的增加而減小;圓柱逐漸遠離翼型的過程中單個,對翼型附加質(zhì)量的影響急劇減弱,當間隔距離ε5時,翼型附加質(zhì)量已與翼型附加質(zhì)量相差無幾,僅比之多0.035%。(5)采用Fluent軟件對以上五種結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量進行數(shù)值模擬,為簡化求解器的設(shè)置及求解過程,采用自行編譯的C程序?qū)α鲌鲋形矬w的運動方式進行設(shè)定,使對任意結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量計算過程系統(tǒng)化,得到與解析計算值近似的附加質(zhì)量,進一步驗證了基于解析復(fù)勢的復(fù)變函數(shù)方法計算物體附加質(zhì)量的準確性。
【學位單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O35;O241.8
【部分圖文】：

學位論文?基于解析復(fù)勢的奚型、柱體及其串列組合結(jié)構(gòu)的附加＝?＾Ｐ［ｙｌ＼ｐ＾ｐＡ?＋?Ｕｌ＼ｐ＾２ｉｄＡ＋２ＵｘＵ２＼（Ｖ＾－Ｗ０２ｙＡ＾＾｛ＭｎＵ２ｘ?＋Ｍ１２Ｕ２１＋２ＭｎＵｘＵ２）??形解析法??（１９８５）［９２］提出了流線變形法，文中指出達爾文定理（Ｄａｒｗｉｎ’ｓ?ｔｈｅｏｒｅ中，物體從最右邊勻速移至最左邊時，產(chǎn)生的附加質(zhì)量與其漂移體等，并使用流線變形解析法計算了單圓柱、橢圓柱和圓球的附加質(zhì)法的介紹。???＾￣￣￣￣＇＇￣￣￣Ｂ，＇??????

鍪頻囊硇汀⒅?寮捌浯?兇楹轄峁溝母郊又柿糠治觶崳?２．２．１．２物體無環(huán)無旋運動的動能??圖２－２是流固耦合的計算模型，關(guān)于物體在流體中運動產(chǎn)生的動能［１８ａＨｔ算如下：??（ＳＪ??圖２－２流固耦合計算模型??Ｆｉｇ．?２－２?Ｃａｃｕｌａｔｉｏｎ?ｍｏｄｕｌｅ?ｏｆ?ｆｌｕｉｄ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ??＼是（＾和＜＾２之間的區(qū)域，該區(qū)域流體的動能為：??＿?１?ｒ?２?ｉｎ?１?ｒ?ｄｗ?ｄｗ?ｌｎ?１?ｒ?ｄ?ｆ?ｄｗ＼?７０??Ｔｆ＝ｄＳ＝Ａｓ＾ｓ＝Ａｓ）Ｊｚ｛ｗ＾ｒ?（２＇２９）??由復(fù)數(shù)斯托克斯定理，式（２－２９）可寫為：??Ｔｆ?－－＾ｉｐ＾＾ｗｄｗ＋＾ｉｐ＾ｗｄｗ?（２－３０）??當物體以速度向前運動時，流場復(fù)勢為ｗ，帶動流體運動產(chǎn)生的動能為：??Ｉｆ??Ｔｆ?－?－－ｉｐ?ｗｄｗ?（２－３１）??如果用＾＾表示物體的質(zhì)量，則物體與流體總體動能為：??Ｔ?＝?＾（Ｍ０＋Ｍ）Ｕ２?（２－３２）??用Ｆ表示物體產(chǎn)生該運動需要的外力，那么這個力做功的速度一定與整個動能增加??的速度相等，即：??ＦＵ?＝?＾?＝?（Ｍ０?＋?Ｍ）Ｕ＾?（２－３３）??．．．ｄＵ?ｕ?ｄＵ??Ｆ－ＭｉｒＭｗ?（２＿３４）??ｄＵ??如果沒有流體存在，那么式（２－３２）中Ｍ。－不存在，因此，因為流體存在物體受??ａｔ??到每單位長度為的阻力。且流體的動能為：??ａｔ??１６??

?棱柱體?金字塔形??圖２－３網(wǎng)格類型??Ｆｉｇ２－３?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｍｅｓｈ??２．２＿２．２求解器設(shè)置與ＵＤＦ編寫??Ｈｕｅｎｔ求解器是建立在有限體積法的基礎(chǔ)上的，這種方法將計算域離散為有限數(shù)目??的控制體或是單元。網(wǎng)格單元是ｎｕｅｎｔ中基本的計算單元，這些單元的守恒特性如質(zhì)量，??動量，能量方程必須保證。??〇?Ｃｏｍｐｉｌｅｄ?ＵＤＦｓ?．＾＾＞１??Ｓｏｕｒｃｅ?Ｆｉｌｅｓ???ｉ丨丨三?Ｈｅａｄｅｒ?Ｆｉｌｅｓ?（＝］??［ｔｅｓｔａｅ??Ｉ??ｈ????Ａｄｄ．．．?Ｄｅｌｅｔｅ?Ａｄｄ．．．?］?［?Ｄｅｌｅｔｅ?］??Ｌｉｂｒａｒｙ?Ｎａｍｅ?Ｂｕｉ｜ｄ??Ｌｏａｄ?Ｃａｎｃｅｌ?Ｈｅｌｐ?????????????—，??????－ｄ??圖２－４?ＵＤＦ加載??Ｆｉｇ２－４?ＵＤＦ?ｌｏａｄｉｎｇ??由于Ｆｌｕｅｎｔ求解器不能直接給出物體的附加質(zhì)量值，故在求解器運行時加載用戶自??定義函數(shù)（ＵＤＦ），即用戶自編的程序，可以動態(tài)的聯(lián)結(jié)到Ｆｌｕｅｎｔ求解器上來計算物體附??加質(zhì)量。ＵＤＦ采用Ｃ語言編寫，使用ＤＥＦＩＮＥ宏來定義。ＵＤＦ中可使用標準Ｃ語言的??庫函數(shù)
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 龐建華;宗智;周力;王大明;;基于IVCBC渦方法高雷諾數(shù)下串聯(lián)雙圓柱的數(shù)值計算模型及其尾流特征研究[J];船舶力學;2017年10期

2 周杰;鄒帥;喜冠南;;不同間距比下串列雙圓柱繞流的可視化實驗[J];機械設(shè)計與制造;2017年07期

3 崔雪揚;曹博超;徐弘一;;串列雙圓柱繞流問題數(shù)值模擬的多尺度分析[J];復(fù)旦學報(自然科學版);2017年03期

4 孫涵;趙瑞亮;韓冰;李斌;馬旭;;串列雙圓柱繞流的大渦模擬分析[J];港工技術(shù);2017年01期

5 張丹;馮雙雙;魏曉娟;孫磊;謝凌志;魏泳濤;;不同端部形狀的細長圓柱體的附加質(zhì)量研究[J];重慶大學學報;2016年05期

6 趙道利;孫維鵬;南海鵬;羅興锜;梁武科;萬天虎;;圓弧翼型葉片力學模型的計算及氣動特性研究[J];太陽能學報;2015年09期

7 馮雙雙;魏曉娟;孫磊;謝凌志;魏泳濤;;流場中沿軸向運動圓柱的附加質(zhì)量計算[J];計算機輔助工程;2015年02期

8 杜修力;封光;趙密;;高承臺群樁基礎(chǔ)橋墩的動水附加質(zhì)量模型驗證[J];地震工程與工程振動;2014年05期

9 匡建平;吳訓濤;王虹旋;;細長圓柱體水中無約束運動的附加質(zhì)量計算方法探析[J];四川兵工學報;2014年06期

10 郭曉玲;唐國強;劉名名;呂林;滕斌;;低雷諾數(shù)下串聯(lián)雙圓柱渦激振動機理的數(shù)值研究[J];振動與沖擊;2014年04期

相關(guān)碩士學位論文 前4條

1 何振民;基于邊界元法的帶空泡航行體的附加質(zhì)量研究[D];中國艦船研究院;2016年

2 蔣少聰;相同直徑串列圓柱的振動產(chǎn)生機理[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

3 方雷;基于數(shù)值模擬方法研究帶空泡運動航行體的附加質(zhì)量[D];上海交通大學;2014年

4 黃旋;帶空泡運動物體的附加質(zhì)量研究[D];上海交通大學;2009年

本文編號：2875662