潜水器的水动力性能数值计算研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:liongliong492
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随着世界各国对海洋资源的深入开发和军事方面的需求不断加强,潜水器在科研领域和军事方面的应用引起广泛重视。潜水器可以下潜到一定海域范围内的深层海水内部,对复杂的海洋环境和生物进行监测,完成水文测量、科学采样、海底搜索和水下采矿等任务,具有良好的应用前景。  AUV(水下自航器)作为水下潜器的一种,自身的体积小、重量轻,在水中航行时容易受到海流、旋涡的影响,这种影响会干扰其航行状态和作业姿态。为了研究AUV在复杂流场中的水动力性能,本文就采用CFD数值模拟的方法,对某AUV(水下自航器)的水动力性能展开研究,具体内容如下:  (1)首先对AUV裸艇体进行数值计算,验证CFD数值计算的可靠性,选出合适的湍流模型和网格数量。为选出较佳的湍流模型,分别计算出Standard k-ε、RNG k-ε和SST k-ω三种湍流模型下的总阻力值,并和试验值比较,选出RNG k-ε为最佳的湍流模型;对网格数的独立性进行分析,选出既节约时间成本、计算精度最高的网格数量在50万左右。  (2)对AUV在有尾翼、没有尾翼,速度在1.4m/s~2.2m/s的范围,漂角在0°~15°时的40种不同组合的工况进行数值计算,通过图表分析以及将计算的结果导入IBM SPSS软件进行方差分析可知:改变漂角和速度都对AUV的压阻力影响较大,对摩擦阻力的影响微小,所以漂角和速度对压阻力的影响是AUV总阻力发生变化的主要原因;漂角和速度对有尾翼的AUV阻力性能的影响都大于没有尾翼的AUV阻力性能的影响;尾翼的显著性值很接近给定的显著性水平α,表明AUV是否带有尾翼对其总阻力影响很小;在给定的速度和漂角的范围内,三种因素影响AUV总阻力水动力性能的程度排序为:速度>漂角>尾翼。  (3)通过二相流模拟计算AUV在自由液面航行时的阻力值,并将计算结果和无限水域中的结果进行对比,研究自由液面对AUV水动力性能的影响。由分析可知:不能忽略自由液面对AUV水动力性能的影响;当AUV在近自由液面航行,压阻力的变化是总阻力发生变化的主要原因;通过数值结果和云图分析出,当傅汝德数Fr在0.278~0.437范围时,在AUV的尾部首尾横波会产生兴波干扰。  通过对AUV在无限水域和近自由液面航行时的数值模拟计算,分析了不同参数、自由液面对AUV水动力性能的影响,为后续的研究和实际工程应用提供借鉴。
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