基于OpenFOAM的空泡流数值模拟方法研究

发布时间：2017-05-20 10:13

  本文关键词：基于OpenFOAM的空泡流数值模拟方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：螺旋桨空泡问题作为螺旋桨性能的一个重要方面，长久以来是人们的一个关注热点。本文基于计算流体力学开源软件平台OpenFOAM，以螺旋桨空泡流动为最终应用对象，探索空泡流动的数值模拟方法。 论文首先开展了OpenFOAM全湿流动数值模拟的应用研究，以考察OpenFOAM平台在船舶螺旋桨流动模拟中的可行性及其精度，，为进一步的空泡流问题求解奠定基础。分别针对二维NACA0015翼型、三维SUBOFF潜艇模型和DTMB P4119螺旋桨模型，进行了粘性流场的OpenFOAM求解方法研究，并且考察了计算网格、湍流模型和数值离散格式对计算结果的影响，计算结果与模型试验结果和商业软件FLUENT模拟结果进行了比较，结果表明基于OpenFOAM软件平台构建的全湿流数值求解方法可行、模拟精度高。 在此基础上，针对二维NACA0015翼型和三维TWIST11扭曲水翼，开展了空泡流模拟方法研究，研究了片空泡的非定常特性，并考察了湍流模型和空泡模型对空泡形态的影响，建立了基于OpenFOAM的空泡流数值求解方法，将计算结果与试验结果作比较，表明该方法能很好地完成空泡的预报计算，这将为今后空泡研究提供了一种有效的技术手段。 论文的最后针对螺旋桨空泡流问题，将上述空泡求解方法进行了拓展，研究并开发了旋转坐标系下的空泡流数值计算求解器，计算模拟了均匀来流下INSEAN E779A螺旋桨片空泡，并与试验结果相比，结果吻合得较好，旋转坐标系下空泡流求解的成功为后续的螺旋桨空泡深化研究打下基础。
【关键词】：空泡 数值模拟 OpenFOAM
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U661.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目次6-9
• 第一章 前言9-19
• 1.1 论文选题背景及意义9-11
• 1.1.1 空泡现象及作用9
• 1.1.2 论文选题背景9-11
• 1.1.3 本研究的意义11
• 1.2 空泡流数值模拟方法研究综述11-18
• 1.2.1 空泡流势流模拟方法11-12
• 1.2.2 空泡流粘性 CFD 模拟方法12-18
• 1.3 本文主要工作18-19
• 第二章 空泡流 CFD 求解方法19-31
• 2.1 控制方程19-20
• 2.1.1 流体力学基本控制方程19
• 2.1.2 雷诺平均 N-S 方程19-20
• 2.2 空泡模型20-21
• 2.3 湍流模型21-22
• 2.4 近壁面处理22-23
• 2.5 数值求解23-31
• 2.5.1 方程离散24-28
• 2.5.2 非线性和速度压力耦合28-29
• 2.5.3 MRF 方法29-30
• 2.5.4 求解流程30-31
• 第三章 全湿流数值模拟预报方法31-53
• 3.1 二维 NACA0015 翼型31-36
• 3.1.1 计算区域与边界条件31-32
• 3.1.2 网格生成32-33
• 3.1.3 数值方法33
• 3.1.4 计算结果与分析33-36
• 3.2 三维 SUBOFF 潜艇模型36-42
• 3.2.1 计算区域与边界条件37-38
• 3.2.2 网格生成38
• 3.2.3 数值方法38-39
• 3.2.4 计算结果与分析39-42
• 3.3 DTMB P4119 螺旋桨42-52
• 3.3.1 计算区域与边界条件43-44
• 3.3.2 网格生成44-45
• 3.3.3 数值方法45
• 3.3.4 计算结果与分析45-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 二维翼型和三维扭曲水翼空泡模拟53-64
• 4.1 二维 NACA0015 翼型空泡模拟53-59
• 4.1.1 计算区域与边界条件53-54
• 4.1.2 网格生成54-55
• 4.1.3 数值方法55
• 4.1.4 计算结果与分析55-59
• 4.2 三维扭曲水翼 TWIST11 空泡模拟59-63
• 4.2.1 计算区域与边界条件59-60
• 4.2.2 网格生成60-61
• 4.2.3 数值方法61
• 4.2.4 计算结果与分析61-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第五章 螺旋桨空泡数值模拟64-69
• 5.1 计算区域与边界条件65
• 5.2 网格生成65-66
• 5.3 计算结果与分析66-68
• 5.3.1 推力系数与扭矩系数66-67
• 5.3.2 桨叶表面压力分布67-68
• 5.3.3 桨叶空泡68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 结论与展望69-71
• 6.1 全文总结69
• 6.2 研究展望69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-78
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文78-79
• 详细摘要79-82

【参考文献】

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本文编号：381334