基于解析复势的翼型、柱体及其串列组合结构的附加质量分析

发布时间：2020-11-09 01:24

　　 附加质量是影响水下运动物体受力的重要参数之一,可用于涡轮机、鱼群游动、换热器管束、机翼、水艇等在流体中运动的动力特性的研究。以高效准确地计算物体的附加质量为目标,提出基于解析复势的复变函数方法,推导出附加质量的完全解析计算式,最终代入Matlab数值积分求得结果。计算过程具有解析程度高、变量参数明确、耗时少的优势,计算结果准确可靠。基于解析复势,重点研究了圆柱、椭圆柱、儒可夫斯基翼型、串列双圆柱、儒可夫斯基翼型+圆柱的串列组合结构的附加质量,主要的工作和研究成果如下:(1)采用基于解析复势的复变函数法计算的圆柱、椭圆柱附加质量与精确解完全一致,且随着椭圆柱的攻角改变,其水平附加质量与基于垂直高度平方解的大小几乎一致。(2)通过坐标旋转、平移及儒可夫斯基变换得到儒可夫斯基翼型的解析复势,从而基于解析复势求解出翼型的附加质量。计算结果表明:儒可夫斯基翼型的水平附加质量M11随着厚度参数R/a的增大、弧度参数β的增大而增大;竖直附加质量M22随着的R/a增大、β的减小而减小。随着翼型攻角的变化,其水平附加质量与垂直高度平方解具有相同的变化趋势。(3)通过Milne-Thomson圆定理详细推导了串列双圆柱在无限域理想流体中任意半径比r、间隔距离ε的解析复势,求得圆柱1的附加质量的变化规律:附加质量M11随着圆柱2半径的增加而增大,随着间隔距离ε的增加而迅速减小。间隔距离越远,圆柱2对圆柱1的影响越小,当间隔距离与圆柱1半径的比值超过4时,M11→1,即圆柱1表现出流场中单个圆柱的附加质量值。(4)综合儒可夫斯基翼型和串列双圆柱的解析复势的推导过程,求解了儒可夫斯基翼型+圆柱的串列组合结构的解析复势及附加质量的完全解析计算式,得到组合中翼型的附加质量及其与圆柱大小、间隔距离之间的影响关系:翼型的水平、竖直附加质量均随着圆柱半径的增加而增大,随着间隔距离的增加而减小;圆柱逐渐远离翼型的过程中单个,对翼型附加质量的影响急剧减弱,当间隔距离ε5时,翼型附加质量已与翼型附加质量相差无几,仅比之多0.035%。(5)采用Fluent软件对以上五种结构的附加质量进行数值模拟,为简化求解器的设置及求解过程,采用自行编译的C程序对流场中物体的运动方式进行设定,使对任意结构的附加质量计算过程系统化,得到与解析计算值近似的附加质量,进一步验证了基于解析复势的复变函数方法计算物体附加质量的准确性。
【学位单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O35;O241.8
【部分图文】：

学位论文?基于解析复势的奚型、柱体及其串列组合结构的附加＝?＾Ｐ［ｙｌ＼ｐ＾ｐＡ?＋?Ｕｌ＼ｐ＾２ｉｄＡ＋２ＵｘＵ２＼（Ｖ＾－Ｗ０２ｙＡ＾＾｛ＭｎＵ２ｘ?＋Ｍ１２Ｕ２１＋２ＭｎＵｘＵ２）??形解析法??（１９８５）［９２］提出了流线变形法，文中指出达尔文定理（Ｄａｒｗｉｎ’ｓ?ｔｈｅｏｒｅ中，物体从最右边匀速移至最左边时，产生的附加质量与其漂移体等，并使用流线变形解析法计算了单圆柱、椭圆柱和圆球的附加质法的介绍。???＾￣￣￣￣＇＇￣￣￣Ｂ，＇??????

鍪频囊硇汀⒅?寮捌浯?凶楹辖峁沟母郊又柿糠治觯崳?２．２．１．２物体无环无旋运动的动能??图２－２是流固耦合的计算模型，关于物体在流体中运动产生的动能［１８ａＨｔ算如下：??（ＳＪ??图２－２流固耦合计算模型??Ｆｉｇ．?２－２?Ｃａｃｕｌａｔｉｏｎ?ｍｏｄｕｌｅ?ｏｆ?ｆｌｕｉｄ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ??＼是（＾和＜＾２之间的区域，该区域流体的动能为：??＿?１?ｒ?２?ｉｎ?１?ｒ?ｄｗ?ｄｗ?ｌｎ?１?ｒ?ｄ?ｆ?ｄｗ＼?７０??Ｔｆ＝ｄＳ＝Ａｓ＾ｓ＝Ａｓ）Ｊｚ｛ｗ＾ｒ?（２＇２９）??由复数斯托克斯定理，式（２－２９）可写为：??Ｔｆ?－－＾ｉｐ＾＾ｗｄｗ＋＾ｉｐ＾ｗｄｗ?（２－３０）??当物体以速度向前运动时，流场复势为ｗ，带动流体运动产生的动能为：??Ｉｆ??Ｔｆ?－?－－ｉｐ?ｗｄｗ?（２－３１）??如果用＾＾表示物体的质量，则物体与流体总体动能为：??Ｔ?＝?＾（Ｍ０＋Ｍ）Ｕ２?（２－３２）??用Ｆ表示物体产生该运动需要的外力，那么这个力做功的速度一定与整个动能增加??的速度相等，即：??ＦＵ?＝?＾?＝?（Ｍ０?＋?Ｍ）Ｕ＾?（２－３３）??．．．ｄＵ?ｕ?ｄＵ??Ｆ－ＭｉｒＭｗ?（２＿３４）??ｄＵ??如果没有流体存在，那么式（２－３２）中Ｍ。－不存在，因此，因为流体存在物体受??ａｔ??到每单位长度为的阻力。且流体的动能为：??ａｔ??１６??

?棱柱体?金字塔形??图２－３网格类型??Ｆｉｇ２－３?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｍｅｓｈ??２．２＿２．２求解器设置与ＵＤＦ编写??Ｈｕｅｎｔ求解器是建立在有限体积法的基础上的，这种方法将计算域离散为有限数目??的控制体或是单元。网格单元是ｎｕｅｎｔ中基本的计算单元，这些单元的守恒特性如质量，??动量，能量方程必须保证。??〇?Ｃｏｍｐｉｌｅｄ?ＵＤＦｓ?．＾＾＞１??Ｓｏｕｒｃｅ?Ｆｉｌｅｓ???ｉ丨丨三?Ｈｅａｄｅｒ?Ｆｉｌｅｓ?（＝］??［ｔｅｓｔａｅ??Ｉ??ｈ????Ａｄｄ．．．?Ｄｅｌｅｔｅ?Ａｄｄ．．．?］?［?Ｄｅｌｅｔｅ?］??Ｌｉｂｒａｒｙ?Ｎａｍｅ?Ｂｕｉ｜ｄ??Ｌｏａｄ?Ｃａｎｃｅｌ?Ｈｅｌｐ?????????????—，??????－ｄ??图２－４?ＵＤＦ加载??Ｆｉｇ２－４?ＵＤＦ?ｌｏａｄｉｎｇ??由于Ｆｌｕｅｎｔ求解器不能直接给出物体的附加质量值，故在求解器运行时加载用户自??定义函数（ＵＤＦ），即用户自编的程序，可以动态的联结到Ｆｌｕｅｎｔ求解器上来计算物体附??加质量。ＵＤＦ采用Ｃ语言编写，使用ＤＥＦＩＮＥ宏来定义。ＵＤＦ中可使用标准Ｃ语言的??库函数
【参考文献】

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本文编号：2875662