數(shù)值波浪水池的建立和潛體適航性能的數(shù)值計(jì)算及試驗(yàn)研究.pdf

1、數(shù)值模擬技術(shù)是一個(gè)新興的領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的快速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)漸漸發(fā)揮出它強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，如今在船舶與海洋工程領(lǐng)域中，數(shù)值模擬技術(shù)逐漸成為研究海洋工程、艦船和潛器等海洋運(yùn)載器與波浪之間相互作用的一種重要手段。由于其成本低、無尺度效應(yīng)、能精確的獲得流場(chǎng)信息和方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，必將成為船舶與海洋工程發(fā)展的主要趨勢(shì)。潛體在近水面波浪中水動(dòng)力的計(jì)算研究對(duì)于潛器和潛艇的設(shè)計(jì)及其在近水面的定深航行控制方案的制定具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文基于 CF

2、D技術(shù)分別研究了二維及三維數(shù)值波浪水池，分析了水下潛體在近波面的受力情況，數(shù)值計(jì)算了不同潛深和不同潛體在相同潛深下所受到的波浪力，并進(jìn)行了潛艇自航模近自由液面的耐波性能試驗(yàn)。論文主要完成了以下工作：
　　1.基于粘流理論建立了二維數(shù)值波浪水池，數(shù)值模擬中，使用有限體積法對(duì)控制方程(RANS方程)和連續(xù)性方程進(jìn)行離散，采用幾何重構(gòu)(Geo-Recontruct)格式的VOF方法對(duì)自由面進(jìn)行處理；采用速度邊界與位于波浪水池尾部的人工阻

3、尼區(qū)實(shí)現(xiàn)造波與消波；最后得到效果較好的二維波浪，為后面三維數(shù)值水池的建立打下基礎(chǔ)。
　　2.根據(jù)二維數(shù)值波浪水池的理論基礎(chǔ)，建立了三維數(shù)值波浪水池，并且對(duì)近水面零航速的潛橢球體在規(guī)則波中水動(dòng)力進(jìn)行了計(jì)算。并將計(jì)算結(jié)果與基于勢(shì)流理論的面元法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。計(jì)算結(jié)果表明，基于數(shù)值波浪水池技術(shù)可以對(duì)近水面物體在波浪中所受的水動(dòng)力進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，從而為潛器和潛艇的設(shè)計(jì)及其在近水面的定深航行控制提供依據(jù)。在第三章的最后對(duì)SUBOFF潛艇

4、的近水面波浪力進(jìn)行了計(jì)算，與前面得到的結(jié)果一致。
　　3.運(yùn)用FLUENT中的動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，模擬物體在波浪中的自由運(yùn)動(dòng)，首先也是對(duì)二維的潛體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究和探索，然后實(shí)施于三維物體上。本文很好的模擬了對(duì)稱簡(jiǎn)單物體在近波面的自由運(yùn)動(dòng)，并對(duì)潛艇的自由運(yùn)動(dòng)進(jìn)行理論設(shè)想。
　　4.最后在水池進(jìn)行了潛艇自航模的近水面耐波性能試驗(yàn)，從而驗(yàn)證了數(shù)值模擬中的一些結(jié)果，同時(shí)也反過來驗(yàn)證了應(yīng)用數(shù)值模擬的方法可以實(shí)現(xiàn)潛體在波浪中的實(shí)驗(yàn)。應(yīng)用數(shù)值模擬技