基于OpenFOAM的结构体入水问题研究

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砰击问题是一个复杂的问题,在海工领域中随处可见,关于结构物入水砰击问题,已有大量成果。而随着全球对海洋的不断发掘,安全救生设备变得更加重要,抛落式救生艇因其释放操作简单、降落速度快、安全性能好等特点,已经被人们广泛关注,研究抛落式救生艇入水砰击问题具有一定的意义。本文采用基于粘流理论的CFD方法,并考虑重力的影响,对多种结构物展开入水砰击问题研究。首先对二维对称楔形体进行入水仿真模拟,对三个不同底升角的楔形体分别进行恒速入水和自由入水的数值模拟,并在此基础上,对两个完全一致的双楔形体为研究对象进行多体恒速入水的数值模拟,对比分析多个工况数值结果的联系与区别。研究结果并表明:对于楔形体恒速入水,重力和底升角对砰击压力均有较为明显的影响,重力的作用与时间相关,双楔形体压力大于同底升角单楔形体压力;对于楔形体自由入水,同一楔形体,入水距离增加,整体压力分布的数值减小,底升角越小,楔形体受到的砰击压力越大,越快达到受力平衡状态。其次对三维锥体进行入水仿真模拟,对三个不同底升角的锥体分别进行恒速入水和自由入水的数值模拟,并在此基础上,对两个完全一致的双锥体为研究对象进行多体恒速入水和多体自由入水的数值模拟,对比分析多个工况数值结果的联系与区别。研究结果并表明:对于锥体恒速入水,是否考虑重力影响和底升角的改变都会对砰击数值结果有较为明显的影响,重力的作用与时间相关,双锥体之间随着时间增加产生扰动、压力增大;对于锥体自由入水,三维锥体受到的砰击压力均小于二维楔形体,双锥体自由入水一定距离时,它们之间的干扰才会显现。最后对抛落式救生艇进行入水仿真模拟,实现了抛落式救生艇入水过程的运动数值模拟,研究救生艇在入水过程中的姿态变化、砰击压力分布和自由液面形状。研究结果表明:救生艇入水后向前运动,并且在艉部形成空腔。随着自由入水时间的增加,救生艇通过姿态角的调整,压力峰由一个变为两个。
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