带空泡运动物体的附加质量研究

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对于高速运动的带自然空泡水下物体,其附加质量与无界连续流动中的低速绕流会有很大不同,难以采用经典的势流理论方法求解,用实验室试验方法确定带空泡运动物体的附加质量也存在相当的技术困难。 本文提出了通过数值“水洞”中带自然空泡水下物体摇荡运动的水动力“测量”确定附加质量的方法。根据带自然空泡物体周期摇荡运动的特点,提出了合理的流场计算的数学模型和数值模拟方法,实现物体流体动力特性求解;然后根据流场中的物体运动方程,给出了物体受到的附加质量力的分离方法和附加质量的计算方法;研究了带自然空泡水下物体的附加质量。 本文的主要工作与成果如下: (1)利用Fluent中的无粘模型,结合动网格技术,研究了物体摇荡振幅和频率对数值计算附加质量的影响。研究表明:随着物体摇荡的无量纲振幅的减小,计算得到的附加质量的误差率则相应降低;当物体摇荡速度的幅值一定时,改变物体的振动频率,附加质量的数值计算结果变化不大。 (2)利用标准k-epsilon模型研究粘性对附加质量的影响。研究表明粘性的存在会导致附加质量有所上升,粘度越大,附加质量的增量也越大。但是这个增量与附加质量势流解的理论值相比很小,可以忽略不计。所以通过粘性模型计算得到的附加质量与经典势流理论值是相当接近的。 (3) 选择适合的频率和振幅,计算了椭球和细长体在全湿流中的附加质量。不同空况下的附加质量计算结果与势流解理论值相比,误差率很小。表明本文所提出的物体附加质量的数值计算方法是可行的,并且具有很高的精度。本文方法为确定物体的附加质量提供了技术手段。 (4)带空泡运动圆盘和细长体的附加质量的研究结果表明,空泡的存在会使得物体的附加质量变小。与细长体切片法的计算结果的比较表明,切片法忽略了细长体各个截面之间的干扰和端部效应,其附加质量计算预报值明显偏大,本文方法可以更为准确地定量预报带空泡运动物体的附加质量。
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