附加質(zhì)量是影響水下運(yùn)動(dòng)物體受力的重要參數(shù)之一,可用于渦輪機(jī)、魚群游動(dòng)、換熱器管束、機(jī)翼、水艇等在流體中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力特性的研究。以高效準(zhǔn)確地計(jì)算物體的附加質(zhì)量為目標(biāo),提出基于解析復(fù)勢(shì)的復(fù)變函數(shù)方法,推導(dǎo)出附加質(zhì)量的完全解析計(jì)算式,最終代入Matlab數(shù)值積分求得結(jié)果。計(jì)算過程具有解析程度高、變量參數(shù)明確、耗時(shí)少的優(yōu)勢(shì),計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。基于解析復(fù)勢(shì),重點(diǎn)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(shì)的復(fù)變函數(shù)法計(jì)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(biāo)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(shì),從而基于解析復(fù)勢(shì)求解出翼型的附加質(zhì)量。計(jì)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(shì)。(3)通過Milne-Thomson圓定理詳細(xì)推導(dǎo)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(shì),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(yuǎn),圓柱2對(duì)圓柱1的影響越小,當(dāng)間隔距離與圓柱1半徑的比值超過4時(shí),M11→1,即圓柱1表現(xiàn)出流場(chǎng)中單個(gè)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(shì)的推導(dǎo)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(shì)及附加質(zhì)量的完全解析計(jì)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(yuǎn)離翼型的過程中單個(gè),對(duì)翼型附加質(zhì)量的影響急劇減弱,當(dāng)間隔距離ε5時(shí),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(duì)以上五種結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量進(jìn)行數(shù)值模擬,為簡(jiǎn)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?chǎng)中物體的運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行設(shè)定,使對(duì)任意結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量計(jì)算過程系統(tǒng)化,得到與解析計(jì)算值近似的附加質(zhì)量,進(jìn)一步驗(yàn)證了基于解析復(fù)勢(shì)的復(fù)變函數(shù)方法計(jì)算物體附加質(zhì)量的準(zhǔn)確性。
【學(xué)位單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O35;O241.8
【部分圖文】：

學(xué)位論文?基于解析復(fù)勢(shì)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(dá)爾文定理（Ｄａｒｗｉｎ’ｓ?ｔｈｅｏｒｅ中，物體從最右邊勻速移至最左邊時(shí)，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(jì)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�、�?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(yùn)動(dòng)的動(dòng)能??圖２－２是流固耦合的計(jì)算模型，關(guān)于物體在流體中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能［１８ａＨｔ算如下：??（ＳＪ??圖２－２流固耦合計(jì)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(dòng)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(dāng)物體以速度向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，流場(chǎng)復(fù)勢(shì)為ｗ，帶動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)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(dòng)能為：??Ｔ?＝?＾（Ｍ０＋Ｍ）Ｕ２?（２－３２）??用Ｆ表示物體產(chǎn)生該運(yùn)動(dòng)需要的外力，那么這個(gè)力做功的速度一定與整個(gè)動(dòng)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?yàn)榱黧w存在物體受??ａｔ??到每單位長(zhǎng)度為的阻力。且流體的動(dòng)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(jì)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(jì)算單元，這些單元的守恒特性如質(zhì)量，??動(dòng)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(yùn)行時(shí)加載用戶自??定義函數(shù)（ＵＤＦ），即用戶自編的程序，可以動(dòng)態(tài)的聯(lián)結(jié)到Ｆｌｕｅｎｔ求解器上來計(jì)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(biāo)準(zhǔn)Ｃ語言的??庫函數(shù)
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2875662