曲线运动潜体近水面兴波时域研究
发布时间：2021-10-28 07:07
本文利用快速多极子面元法的高效性与精确性,对近水面潜体在水平面曲线运动过程中的时域兴波势流问题展开研究。首先确定了自由面网格密度及时域更新方法以保证数值模拟的准确性,探索了椭球潜体在水下做直线运动与曲线运动时阻力系数与升力系数变化的区别,明确了曲线运动过程中各项系数的变化规律,并针对不同的偏航角度的兴波特性进行比较,研究偏航角度大小对于潜体兴波阻力、升力以及表面兴波波形的影响。研究结果表明,当偏航角较大时,表面兴波对曲线运动潜体所受阻力和升力影响均非常显著;随着偏航角度的变大,各波系间的相互作用更加明显,表面波形更为复杂,导致了兴波阻力激增,阻力及升力曲线均出现大幅波动且不对称性。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(07)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
自由面网格实时加密Fig.3Freesurfacemeshencryptioninrealtime
h/l=0.16，潜体兴波的Froude数均为0.5，即速度U=1.566m/s，偏航角度α0=π/9。其中网格密度为0.2与0.1的算例中，潜体在t=26s时刻生成波形图如图5所示。可以明显观察到密度0.2网格的波浪，特别是在波高急剧变化的区域，光顺程度不及密度0.1网格，并且在潜体尾部一定距离处会损失很多波浪成分，尾部波浪衰减比较厉害。3种网格得到的各水动力系数比较如图6所示。对于兴波阻力系数，0.2网格算例与0.133网格算例相差较大。y方向的CDy系数上，尽管变化周期相同，但幅值有20%左右的误差；在x方向的CDx系数上，变化趋势相同，每个周期中的最高点相近，但最低点仍有一定的误差。对于升力系数，0.2网格算例与0.133网格算例在幅度上同样具有较大差别。而网格密度0.1算例与网格密度0.133算例得到各项系数随时间的曲线基本重合，故可以认为网格密度0.1算例的计算结果可信，达到网格收敛。因此，后文中所有算例对自由表面离散均采用网格密度0.1，即数量为500*140的自由面网格。图3自由面网格实时加密Fig.3Freesurfacemeshencryptioninrealtime图4椭球体表面网格Fig.4surfacegridoftheellipsoid图5t=26s自由面波形及网格图像Fig.5Freesurfacesandgridsatt=26s图6不同密度网格下的水动力参数Fig.6Hydrodynamicparametersatdifferentgriddensity第42卷孙博伟，等：曲线运动潜体近水面兴波时域研究·21·
h/l=0.16，潜体兴波的Froude数均为0.5，即速度U=1.566m/s，偏航角度α0=π/9。其中网格密度为0.2与0.1的算例中，潜体在t=26s时刻生成波形图如图5所示。可以明显观察到密度0.2网格的波浪，特别是在波高急剧变化的区域，光顺程度不及密度0.1网格，并且在潜体尾部一定距离处会损失很多波浪成分，尾部波浪衰减比较厉害。3种网格得到的各水动力系数比较如图6所示。对于兴波阻力系数，0.2网格算例与0.133网格算例相差较大。y方向的CDy系数上，尽管变化周期相同，但幅值有20%左右的误差；在x方向的CDx系数上，变化趋势相同，每个周期中的最高点相近，但最低点仍有一定的误差。对于升力系数，0.2网格算例与0.133网格算例在幅度上同样具有较大差别。而网格密度0.1算例与网格密度0.133算例得到各项系数随时间的曲线基本重合，故可以认为网格密度0.1算例的计算结果可信，达到网格收敛。因此，后文中所有算例对自由表面离散均采用网格密度0.1，即数量为500*140的自由面网格。图3自由面网格实时加密Fig.3Freesurfacemeshencryptioninrealtime图4椭球体表面网格Fig.4surfacegridoftheellipsoid图5t=26s自由面波形及网格图像Fig.5Freesurfacesandgridsatt=26s图6不同密度网格下的水动力参数Fig.6Hydrodynamicparametersatdifferentgriddensity第42卷孙博伟，等：曲线运动潜体近水面兴波时域研究·21·
【参考文献】：
期刊论文
[1]多极子面元法近水面椭球体兴波时域研究[J]. 沈王刚,郑尧坤,林志良. 舰船科学技术. 2018(15)
[2]潜体近水面航行兴波阻力计算[J]. 杨向晖,叶恒奎,刘娟,冯大奎. 华中科技大学学报(自然科学版). 2008(04)
[3]近水面潜体兴波阻力的数值预报和收敛性分析[J]. 韩端锋,黄德波. 船舶力学. 2005(01)
博士论文
[1]比例边界有限元法及快速多极子边界元法的研究与应用[D]. 林志良.上海交通大学 2010
本文编号：3462453
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(07)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
自由面网格实时加密Fig.3Freesurfacemeshencryptioninrealtime
h/l=0.16，潜体兴波的Froude数均为0.5，即速度U=1.566m/s，偏航角度α0=π/9。其中网格密度为0.2与0.1的算例中，潜体在t=26s时刻生成波形图如图5所示。可以明显观察到密度0.2网格的波浪，特别是在波高急剧变化的区域，光顺程度不及密度0.1网格，并且在潜体尾部一定距离处会损失很多波浪成分，尾部波浪衰减比较厉害。3种网格得到的各水动力系数比较如图6所示。对于兴波阻力系数，0.2网格算例与0.133网格算例相差较大。y方向的CDy系数上，尽管变化周期相同，但幅值有20%左右的误差；在x方向的CDx系数上，变化趋势相同，每个周期中的最高点相近，但最低点仍有一定的误差。对于升力系数，0.2网格算例与0.133网格算例在幅度上同样具有较大差别。而网格密度0.1算例与网格密度0.133算例得到各项系数随时间的曲线基本重合，故可以认为网格密度0.1算例的计算结果可信，达到网格收敛。因此，后文中所有算例对自由表面离散均采用网格密度0.1，即数量为500*140的自由面网格。图3自由面网格实时加密Fig.3Freesurfacemeshencryptioninrealtime图4椭球体表面网格Fig.4surfacegridoftheellipsoid图5t=26s自由面波形及网格图像Fig.5Freesurfacesandgridsatt=26s图6不同密度网格下的水动力参数Fig.6Hydrodynamicparametersatdifferentgriddensity第42卷孙博伟，等：曲线运动潜体近水面兴波时域研究·21·
h/l=0.16，潜体兴波的Froude数均为0.5，即速度U=1.566m/s，偏航角度α0=π/9。其中网格密度为0.2与0.1的算例中，潜体在t=26s时刻生成波形图如图5所示。可以明显观察到密度0.2网格的波浪，特别是在波高急剧变化的区域，光顺程度不及密度0.1网格，并且在潜体尾部一定距离处会损失很多波浪成分，尾部波浪衰减比较厉害。3种网格得到的各水动力系数比较如图6所示。对于兴波阻力系数，0.2网格算例与0.133网格算例相差较大。y方向的CDy系数上，尽管变化周期相同，但幅值有20%左右的误差；在x方向的CDx系数上，变化趋势相同，每个周期中的最高点相近，但最低点仍有一定的误差。对于升力系数，0.2网格算例与0.133网格算例在幅度上同样具有较大差别。而网格密度0.1算例与网格密度0.133算例得到各项系数随时间的曲线基本重合，故可以认为网格密度0.1算例的计算结果可信，达到网格收敛。因此，后文中所有算例对自由表面离散均采用网格密度0.1，即数量为500*140的自由面网格。图3自由面网格实时加密Fig.3Freesurfacemeshencryptioninrealtime图4椭球体表面网格Fig.4surfacegridoftheellipsoid图5t=26s自由面波形及网格图像Fig.5Freesurfacesandgridsatt=26s图6不同密度网格下的水动力参数Fig.6Hydrodynamicparametersatdifferentgriddensity第42卷孙博伟，等：曲线运动潜体近水面兴波时域研究·21·
【参考文献】：
期刊论文
[1]多极子面元法近水面椭球体兴波时域研究[J]. 沈王刚,郑尧坤,林志良. 舰船科学技术. 2018(15)
[2]潜体近水面航行兴波阻力计算[J]. 杨向晖,叶恒奎,刘娟,冯大奎. 华中科技大学学报(自然科学版). 2008(04)
[3]近水面潜体兴波阻力的数值预报和收敛性分析[J]. 韩端锋,黄德波. 船舶力学. 2005(01)
博士论文
[1]比例边界有限元法及快速多极子边界元法的研究与应用[D]. 林志良.上海交通大学 2010
本文编号：3462453
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/chuanbolw/3462453.html
