本文關(guān)鍵詞：水下滑翔機(jī)粘性水動(dòng)力數(shù)值模擬方法研究

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

【摘要】：水下滑翔機(jī)是將浮標(biāo)技術(shù)與水下潛航器結(jié)合的一種理想海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)與測(cè)量平臺(tái),越來(lái)越受到國(guó)際社會(huì)的關(guān)注,而水下任務(wù)的日漸多樣性與復(fù)雜性也對(duì)其操縱性提出了更高的要求。水下滑翔機(jī)有大量的上浮下潛和平面轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng),這些運(yùn)動(dòng)形式的實(shí)現(xiàn)都要以準(zhǔn)確的粘性水動(dòng)力預(yù)報(bào)作為支持。粘性水動(dòng)力系數(shù)獲取的準(zhǔn)確與否會(huì)直接影響水動(dòng)力模型的精確性,而且粘性水動(dòng)力系數(shù)數(shù)量眾多,測(cè)定方法較為復(fù)雜,因此是操縱性預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)和難點(diǎn)。本文結(jié)合天津大學(xué)研制混合驅(qū)動(dòng)型水下滑翔機(jī)及數(shù)值水池平臺(tái)建設(shè)等項(xiàng)目需求,開(kāi)展基于計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的水下滑翔機(jī)粘性類水動(dòng)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(dòng)力系數(shù)的快速準(zhǔn)確獲取問(wèn)題。為水下滑翔機(jī)水動(dòng)力外形優(yōu)化、運(yùn)動(dòng)模型的建立、操縱性預(yù)報(bào)和運(yùn)動(dòng)仿真等提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。全文取得的研究成果如下:首先,在對(duì)粘性流場(chǎng)數(shù)值模擬理論進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹后,對(duì)水下滑翔機(jī)不同航速下的直航試驗(yàn)進(jìn)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(lái)建立水下滑翔機(jī)的非線性粘性類水動(dòng)力模型,對(duì)水下滑翔機(jī)進(jìn)行了水平和垂直運(yùn)動(dòng)面斜航試驗(yàn)及空間運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬。用三次樣條曲線擬合的方法求解了位置導(dǎo)數(shù)和相關(guān)非線性系數(shù)。根據(jù)建立的非線性水動(dòng)力模型回歸解算出相應(yīng)非線性系數(shù),分析了不同計(jì)算方法對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。然后通過(guò)附加動(dòng)量源項(xiàng)法對(duì)水平面的旋臂水池試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬。利用已有大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的REMUS AUV模型,在推導(dǎo)載體坐標(biāo)系下控制方程形式的基礎(chǔ)上,將附加動(dòng)量源項(xiàng)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(duì)REMUS AUV水平面的旋臂水池試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬。并與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法(SRF)對(duì)旋臂水池試驗(yàn)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,將得到的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(dòng)量源項(xiàng)法具有更高的工程預(yù)報(bào)精度。最后采用基于UDF的附加動(dòng)量源項(xiàng)法對(duì)水下滑翔機(jī)的旋臂試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬,求解了水平和垂直運(yùn)動(dòng)平面的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù);采用回歸法解算出水下滑翔機(jī)在速度和角速度相互耦合運(yùn)動(dòng)情況下的若干非線性水動(dòng)力系數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：水下滑翔機(jī) 非線性水動(dòng)力 附加動(dòng)量源 用戶自定義函數(shù) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：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(dòng)力系數(shù)獲取方法15-16
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀17
• 1.3.2 國(guó)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(jì)算理論基礎(chǔ)20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 粘性流場(chǎng)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(dòng)的近壁處理24-26
• 2.2.4 數(shù)值方法26-27
• 2.3 網(wǎng)格技術(shù)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(yù)定義宏29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第三章 水下滑翔機(jī)拖曳水池試驗(yàn)的數(shù)值模擬30-45
• 3.1 引言30
• 3.2 計(jì)算模型建立30-34
• 3.2.1 計(jì)算對(duì)象30
• 3.2.2 坐標(biāo)系的選擇及水動(dòng)力表達(dá)30-33
• 3.2.3 無(wú)因次化體系33-34
• 3.3 非線性粘性類水動(dòng)力模型建立34-37
• 3.3.1 平面運(yùn)動(dòng)非線性粘性類水動(dòng)力35-36
• 3.3.2 空間運(yùn)動(dòng)非線性粘性類水動(dòng)力36-37
• 3.4 拖曳水池試驗(yàn)數(shù)值模擬37-44
• 3.4.1 計(jì)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(yàn)數(shù)值模擬結(jié)果39-40
• 3.4.4 斜航試驗(yàn)數(shù)值模擬結(jié)果40-43
• 3.4.5 空間運(yùn)動(dòng)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(dòng)力計(jì)算方法驗(yàn)證45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換45-47
• 4.2.1 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（SRF）下的控制方程45-46
• 4.2.2 載體坐標(biāo)系下的控制方程46-47
• 4.3 計(jì)算模型建立47-48
• 4.4 旋臂水池試驗(yàn)的數(shù)值模擬48-52
• 4.4.1 計(jì)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(jì)算方法驗(yàn)證50-52
• 4.5 計(jì)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(jī)旋臂水池試驗(yàn)的數(shù)值模擬57-64
• 5.1 引言57
• 5.2 旋臂水池試驗(yàn)的數(shù)值模擬57-63
• 5.2.1 計(jì)算域建立及網(wǎng)格劃分58-59
• 5.2.2 邊界條件設(shè)置59
• 5.2.3 源項(xiàng)的處理59
• 5.2.4 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)求解結(jié)果59-61
• 5.2.5 若干非線性水動(dòng)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(lái)工作展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明71-72
• 致謝72-73

【相似文獻(xiàn)】

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