高雷诺数下水翼水动力性能离散涡方法研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jjass
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
高雷诺数绕流下水翼的水动力性能一直是高性能船舶设计时考虑的关键因素。随着研究不断深入,预报水翼水动力性能的方法由模型试验向数值模拟发展。在实际高雷诺数下水翼水动力性能的计算过程中,离散涡方法能够用较少的计算成本获得较高的计算精度。但是,当水翼攻角不为零度时,该方法的计算精度将大幅下降。因此,针对这一问题,本文将提出一种新的离散涡方法,半确定性半随机性涡方法,旨在不增加计算量的同时,提高非零度攻角水翼水动力性能预报精度。本文首先提出了一种改良的离散涡方法。相比原离散涡方法,其能够在生成涡元的同时,严格满足涡量守恒条件;有效地避免涡元进入物体;准确且快速地计算涡元的对流运动。经过验证,该方法能够准确地预报方柱,角柱,椭圆柱,零度攻角水翼在高雷诺数绕流下的水动力性能,并且将阻力系数的相对误差绝对值控制在5%以内。但是,该算法无法准确预报非零度攻角水翼的水动力性能。经分析,发现算法中由于采用随机步走法近似扩散项,导致水翼上表面边界层提前分离,降低了预报精度。为解决该问题,本文提出了一种新型离散涡方法:半确定性半随机性步走法。在该方法中,涡元扩散项的近似方法由涡元与边界层分离点的相对位置决定:对于边界层分离点前的涡元,用边界层重组法(确定性方法)近似其扩散项;对于分离点后的涡元,用随机步法近似其扩散项。经过验证,该新离散涡方法能够准确地预报非零攻角水翼的水动力性能,且将升力系数的相对误差绝对值控制在6%以内。另外,该半确定性半随机性涡方法还具有非常强的数值稳定性:经过验证,该方法能够满足网格无关性要求与时间步无关性要求,因此,其具有一定的应用价值。
其他文献
加筋板结构具有质量轻、强度大、稳定性好等优点,作为船舶结构的主要组成部分,当其振动过大时会影响船上设备运行、危害人员身体健康。声子晶体作为固体物理学中晶体概念的宏观延伸,具有阻止特定频率范围的弹性波在其内部传播的特性,因此在减振降噪领域拥有良好的应用前景。本文在加筋板结构中引入声子晶体子结构,对声子晶体加筋板的带隙特性、传递特性以及隔声特性进行研究。本文对声子晶体结构和加筋板简化计算方法的研究现状
引汉济渭秦岭输水隧洞随着埋深增大地应力增加,导致岩爆灾害频发,这为研究岩爆前兆微破裂的演化规律提供了研究素材。本文研究围绕“岩爆微破裂前兆及演化规律”这一关键问题展开,依托陕西省引汉济渭秦岭输水隧洞TBM工区微震监测项目,以现场地质资料和微震监测数据作为研究基础,借助现场微震监测和岩石破裂过程分析软件(RFPA)分析TBM开挖扰动下岩爆前兆的微破裂演化规律和应力场的迁移演化过程。通过分析岩爆孕育过
自动紧急系统可实现在紧急情况下的自动避撞功能。车辆实际行驶过程中工况复杂,在不同路面条件、不同坡度载荷等情况下,自动紧急制动(AEB)阈值发生变化,容易出现制动不及时和误报情况。本文首先在不同载荷、坡度、路面摩擦系数等条件下,进行制动减速度估计,然后对AEB的不同场景进行识别,根据不同工况,采用基于期望加速度估计的安全距离算法,计算出预警、部分制动和全制动的安全距离,在Simulink和CarSi
在沿岸修建防波堤等护岸结构可以有效阻挡波浪入侵,以保护港口设施和人员安全。但在强非线性波的冲击作用下,防波堤自身容易受到严重破坏。相较于传统直立式和斜坡式防波堤,“┓型”防波堤可以有效防止越浪发生,但在遭受波浪冲击时,其角点附近通常存在较大冲击压强,难以保证“┓型”防波堤安全地应用于实际工程领域。除此以外,沿岸堤面上的护面砖块在受到极端波浪的冲击作用后也同样会发生破坏。因此,本文基于SPH法开展了
随着全球气候增暖大背景下的北极海冰快速变化,北极航运与资源开发已经成为世界各国关注的热点问题。海冰力学特性是冰区船舶在设计与安全运行时所必须考虑的重要参数。冰区船舶在破冰航行过程中与冰的作用速度已经超出了传统冰压缩强度试验的范围,因此为探究撞击作用下冰的破坏机制,在前人研究的基础上,自行设计研发了适用于不同场景的冰冲击试验机、落锤式冲击试验机以及原位摆锤冲击试验机;其中冰冲击试验机适合在室内外进行
随着船舶制造业的快速发展,工业污染严重,环境问题日益严重。船舶领域,建造油耗少,低污染,环保节能的绿色船舶是实现节能减排、加强环境保护、提高结构性能的重要手段。船舶轻量化设计是建造绿色船舶,开发高技术船舶的关键技术之一,是未来船舶业发展的重要课题之一。因此无论是水上结构还是水下结构开展轻量化设计的研究工作十分重要。拓扑优化方法是实现轻量化设计,设计轻质结构的重要手段,相较于传统单一尺度下的结构拓扑
有限单元法(FEM)是最知名、应用最广泛的数值方法之一。使用FEM进行结构分析时一般步骤为:创建几何模型,网格划分、创建分析模型,分析计算,进行后处理。复杂几何模型需要使用计算机辅助设计(CAD)系统来建立,而分析计算需要在计算机辅助工程(CAE)系统中进行。CAD系统与CAE系统之间内部数据表达、几何表达方式的差异致使需要进行网格划分来将用非均匀有理B样条(NUBRS)表达的几何模型二次离散为F
近年来,全球气温逐渐升高,北极海冰融化越来越剧烈,北极冰层的覆盖率逐年降低,这使得极区的通行逐渐成为可能,北极地区由于其优越的地理位置,成为十分具有战略意义的地区,近些年来受到各个国家越来越多的关注,同时北极还有丰富的石油,天然气,煤矿等自然资源,这些都使得北极研究成为热点问题。作为北极开发的载体,极区船舶在极区航行时,会受到冰载荷作用,极区运输船舶往往不需要具有很强的破冰能力,在破冰船领航的前提
防波堤作为海岸建筑物中重要的组成部分,对港口建筑物起到保护作用,为船舶的停靠以及作业提供了有力保障,而斜坡式防波堤正是其中应用最为广泛的结构型式之一。而在海外工程施工过程中,常遇到长周期波浪对防波堤工程产生重要影响。本文采用物理模型试验与数值模拟相结合的方式,针对长周期波浪作用下的斜坡堤水动力特性展开研究。依据秘鲁钱凯港的工程实例,开展物理模型试验,采用JONSWAP谱模拟不规则波,利用符合工程实
舰船上机械动力设备运行产生的振动及其引起的辐射噪声有着很大的危害,严重降低舰船的隐身性能和作战能力。对动力设备采取隔振技术可有效降低传递至船体结构的振动和噪声,这是舰船减振降噪最重要的技术手段之一。常见的隔振系统主要有单层隔振系统、双层隔振系统和浮筏隔振系统。然而传统的隔振系统都属于被动控制,当结构确定后,隔振效果即确定,无法适应工况的变化,且由于结构限制对低频振动难以取得良好的隔振效果。将控制技