基于动网格技术的不同风速下运动帆翼的空气动力性能研究

发布时间：2020-08-01 19:35

【摘要】：RS:X级别帆板是亚运会和奥运会的正式比赛项目之一,国内外学者在对帆板帆翼空气动力性能研究方面做了一定的研究,但考虑帆翼受空气动力性能影响而发生形变的研究较少。风速的改变会使帆翼产生变形,结构的变形又引起流场的变化,因此需要对不同风速下帆翼进行流固耦合数值模拟研究。本研究基于ANSYS Workbench平台采用弹簧光顺和局部网格重构法两种混合动网格方法,对40~o攻角下来流速度分别为2m/s、4m/s、6m/s、8m/s、10m/s、12m/s时帆翼空气动力性能进行了单双向流固耦合研究,分析了帆翼迎风面和背风面压力分布、帆翼整体空气动力及变化规律,并将单双向帆翼流固耦合计算结果进行对比分析。研究表明,随着风速的增加,帆翼面整体压力变化趋势稳定,在风速为2m/s时升阻力系数和升阻比最大。由于风速的增加使帆翼应力区增大,且全帆的应变也逐步增加,这样也会影响整个帆翼流场,因此非常有必要考虑帆翼与流场的相互耦合作用。通过耦合计算,发现帆翼变形集中位于帆翼后缘中部,而应变分布较大区域在桅杆中上部附近区域和尾缘中部。随着风速的增加,帆翼面的应变区逐步变大,变形大小及范围也逐步增大。通过对比单双向流固耦合在不同风速下的升阻力系数,发现两种耦合求解方法得到的升阻力系数随着风速的改变而变化的趋势一样,且在风速为2m/s时升阻力系数都是最大。通过对比两种耦合求解方法得到的应变云图,发现应变最大值和分布区域范围相差较大,且应变随着风速的增加变化趋势也不同,双向流固耦合分析实时进行流场和结构互相数据传递,考虑帆翼流场结构互相之间的耦合,因此获得的应变和帆翼变形更加接近实际情况。在考虑流固耦合情况下,本研究基于动网格技术对不同风速下运动帆翼的空气动力性能进行了研究,研究结果为运动员在训练和实际比赛中调节RS:X级别帆板帆翼提供参考,为进一步提高我国帆板运动科学化训练水平做出贡献。
【学位授予单位】：武汉体育学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：G861.4
【图文】：

NP帆翼（a）航行图、（b）模型图

NP帆翼的流场区域

图 3-3 计算域网格划分图动网格生成技术及 Fluent 中三个基本网格生成技术，过程，且考虑到减少计算量和网格生成的通用性，本格重构相结合的动网格生成技术。接着本研究利用 C行了网格生成，并对不同方案网格进行了无关性验证，于 2085475 时，网格单元数对升阻力系数影响极小。计算精度，本研究采用方案 2 的网格划分方式和网格

【参考文献】

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本文编号：2777904