垂直微结构湍流剖面仪流致振动分析

发布时间：2020-06-27 00:35

【摘要】：海洋剪切流数据是研究海洋宏观运动规律和动能耗散率的重要原始资料，对建立海洋物理模型进而研究海洋宏观运动有重要意义。自由下落式微结构湍流剖面仪（垂直剖面仪）是目前获取海水剪切流数据最普遍和最有效的测量平台，在世界各国引起了普遍关注。垂直剖面仪的流致振动是由其工作方式引起的不可避免的现象，流致振动决定着剖面仪流速剪切谱的修正及湍动能耗散率的测量下限，制约着垂直剖面仪的测量精度，是垂直剖面仪（尤其是深海剖面仪）在设计与使用时必须考虑的问题。 目前，对剖面仪流致振动的研究主要是通过水域试验来进行，即在剖面仪使用过程中通过分析剖面仪携带的加速度传感器测得的加速度信号获得剖面仪的流致振动情况。然而进行水域试验首先需要制造出剖面仪样机，会耗费大量的时间及人力、物力和财力。为解决这一困境，本文致力于寻找一种方便、快捷、有效的方法来计算剖面仪的流致振动，研究影响剖面仪流致振动的因素及影响规律，为海洋微结构湍流剖面仪的设计提供理论指导。本文研究获得如下成果： （1）将刚体转动动力学与流体力学理论相结合，推导了垂直剖面仪在水中自由下降时流致振动的转轴位置，为剖面仪流致振动的准确估算奠定了基础。 （2）以实验室自主研发的垂直剖面仪为研究对象，基于ansys Workbench数值仿真平台，通过对UDF功能的成功开发，构建了计算垂直微结构剖面仪流致振动的流固耦合数值模型。利用该流固耦合数值模型，可得到剖面仪下降过程中流致振动的速度与位移，进而可计算出流致振动的频率与加速度，并通过水域试验验证了该数值模型计算结果的准确性。 （3）运用提出的流固耦合数值计算方法，研究了剖面仪的转动惯量、重浮心之间的相对位置及剖面仪下降速度对垂直剖面仪流致振动的影响，找出了剖面仪流致振动与各影响因素的关系。为快速估算出垂直剖面仪的流致振动，本文在大量算例的基础上，总结出了垂直剖面仪流致振频率及加速度的估算公式，并通过浅海及深海试验验证了估算公式的准确性，对剖面仪的合理设计与使用提供了极具价值的理论指导。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P715
【图文】：

HRP剖面仪[15]

MSS系列剖面仪[16]

【引证文献】

相关硕士学位论文 前2条

1 高文山;自适应悬浮式潮流能发电装置水动力学研究[D];中国海洋大学;2014年

2 宋诗军;垂直微结构湍流剖面仪结构优化[D];天津大学;2014年

本文编号：2731102