三维水翼空化的流体动力和结构载荷特性数值模拟研究

发布时间：2017-09-01 20:11

  本文关键词：三维水翼空化的流体动力和结构载荷特性数值模拟研究

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【摘要】：现代舰船对自身隐蔽性、舒适性和安全性的要求越来越高，然而随着航行速度的提升，水翼、螺旋桨的叶片表面将会不可避免的产生空化现象。空化是一种复杂的多相流动，常伴随着空泡的生长、脱落和溃灭，表现出较强的时变特性，易导致表面脉动压力急剧增大，并且造成振动、空蚀和噪声等不良后果，因此水翼的空化机理和流体动力特性一直是高速航行器水动力学的主要研究内容。 流固耦合方法考虑水翼的位移形变与流场之间的相互干扰，与单独的流体仿真相比更接近实际情况，且能获取水翼的结构载荷特性，这对预报和控制水翼空化现象、改善其流体动力性能有重要帮助。本论文基于流固耦合算法，利用Workbench+CFX+Mechanical APDL软件对水翼空化问题进行了双向流固耦合计算，获得了三维水翼在空化多相流作用下的流体动力和结构载荷特性。 对水翼空化问题的流体动力、结构载荷特性展开流固耦合分析，利用CFX对三维水翼的空化问题进行流体动力学仿真，对网格划分策略、湍流模型进行对比验证，建立了双向流固耦合的计算模型并对铝合金材质水翼的云状空化问题进行研究，，获得耦合算法下的空泡形态发展规律、升阻力系数及结构载荷特性。 对水翼空化的流体动力和结构载荷特性影响因素展开分析，考察水翼空化问题的影响因素，对由水翼结构刚度、水翼攻角及空化数变化所引起的流体动力特性和结构载荷特性差异进行研究，经过双向流固耦合计算，获得了结构刚度、空化数和攻角对水翼的空泡形态、升阻力系数、结构位移形变和应力分布等特性的影响规律。
【关键词】：水翼 空化 流固耦合 流体动力 载荷
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.1.1 课题背景8-9
• 1.1.2 研究目的和意义9
• 1.2 国内外研究现状及分析9-13
• 1.2.1 水翼空化研究现状9-11
• 1.2.2 流固耦合研究现状11-13
• 1.3 本文主要研究内容及方法13-15
• 第2章 水翼空化及流固耦合的基本理论15-27
• 2.1 引言15
• 2.2 流体动力学基本理论15-20
• 2.2.1 基本控制方程15-16
• 2.2.2 湍流模型16-19
• 2.2.3 空化模型19-20
• 2.3 流固耦合基本理论20-24
• 2.3.1 流固耦合分类及研究方法21-22
• 2.3.2 流固耦合的基本方程22-24
• 2.4 单双向流固耦合方法24-25
• 2.4.1 单向流固耦合24-25
• 2.4.2 双向流固耦合25
• 2.5 本章小结25-27
• 第3章 三维水翼空化的流固耦合仿真分析27-39
• 3.1 引言27
• 3.2 CFX 中流体域模型的建立及验证27-33
• 3.2.1 计算模型及边界条件27-28
• 3.2.2 模型网格无关性验证28-31
• 3.2.3 湍流模型的对比验证31-33
• 3.3 ANSYS 中水翼模型的建立33
• 3.4 水翼在空化多相流下的流固耦合分析33-37
• 3.4.1 水翼的流体动力特性33-36
• 3.4.2 水翼的结构载荷特性36-37
• 3.5 本章小结37-39
• 第4章 多相流下水翼的流体动力特性及载荷特性影响因素分析39-58
• 4.1 引言39
• 4.2 水翼刚度对其流体动力特性及结构特性的影响39-45
• 4.2.1 水翼刚度对其流体动力特性的影响39-41
• 4.2.2 水翼刚度对其结构特性的影响41-45
• 4.3 空化数对水翼流体动力特性及结构特性的影响45-51
• 4.3.1 空化数对水翼流体动力特性的影响45-47
• 4.3.2 空化数对水翼结构特性的影响47-51
• 4.4 水翼攻角对其流体动力特性及结构特性的影响51-57
• 4.4.1 水翼攻角对其流体动力特性的影响51-53
• 4.4.2 水翼攻角对其结构特性的影响53-57
• 4.5 本章小结57-58
• 结论58-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果64-66
• 致谢66

【参考文献】

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本文编号：774160