基于FLUENT的滑行艇阻力计算研究

论文摘要

二十一世纪初,在军事科技高速发展的浪潮下,应运而生的智能无人水面艇虽然较水下无人潜艇、无人飞机起步都晚,却发展迅速,目前已有多种无人水面艇开始应用于军事领域。对无人水面艇技术平台滑行艇的研究,也成为近年来研究的热门问题。作为无人水面艇的平台,首先要保证的是滑行艇在水中航行时具有良好的水动力性能。目前,对于滑行艇的水动力性能研究还是个较困难的问题,通常都是依靠船模试验来解决。随着计算机技术的进步,数值模拟技术的发展,用数值方法模拟滑行艇的运动状况来研究其运动性能,成为具有重要意义的解决方案。本论文利用当前较成熟的商业软件FLUENT,使用VOF方法,结合RNGk-ε模型,通过求解Navier-Stokes方程,首先对滑行艇在静水中的直航运动数值计算模拟,将阻力计算结果与试验值及理论估计值比较,证明了FLENT软件模拟滑行艇运动、计算研究阻力性能的可用性,具有一定的准确性和可靠性;然后研究了当前数值水池造波的方法,采用UDF宏设置造波边界条件的纯数值造波方法生成了二维微幅波,为数值模拟滑行艇在波浪中的运动预先准备好了波浪条件;本文通过分析滑行艇船模耐波性试验数据,得到了滑行艇在规则波中的纵摇和升沉规律,应用动网格技术数值模拟了滑行艇在微幅波中的运动,特别是对高速直航时的纵摇和升沉的耦合运动进行了数值模拟,为使用FLUENT软件数值模拟研究滑行艇在波浪中的水动力性能做了一定尝试性探索。利用FLUENT软件数值模拟滑行艇运动,肯定其可行性的同时,不可否认,也存在计算精度不够的问题;同时也发现,在对滑行艇高速航行状态下的喷溅波的模拟差强人意。本文所作的工作为进一步研究滑行艇水动力性能积累了一定经验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 论文的主要内容和研究方法
• 1.3.1 CFD软件FLUENT简介
• 1.3.2 研究内容与方法
• 第2章 滑行艇静水阻力计算研究
• 2.1 滑行艇概述
• 2.1.1 基本滑行原理
• 2.2 应用FLUENT软件计算滑行艇阻力
• 2.2.1 Reynolds时均Navier-Stokes方程
• 2.2.2 VOF方法
• 2.3 物理模型
• 2.3.1 设定控制域
• 2.3.2 网格划分
• 2.3.3 计算模型及边界条件设置
• 2.4 数值计算结果及分析
• 2.4.1 船模静水阻力试验数据
• 2.4.2 修正SIT法计算船模阻力数据
• 2.4.3 应用FLUENT软件计算结果与分析
• 2.5 实艇阻力计算
• 2.5.1 计算结果与经验值比较
• 2.6 本章小结
• 第3章 规则波浪的数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 数值模拟波浪的方法
• 3.2.1 数值造波技术的发展
• 3.2.2 数值造波方法
• 3.3 应用FLUENT软件模拟数值波浪
• 3.3.1 线性波理论近似及特性
• 3.3.2 UDF概述
• 3.3.3 数值水池模型与网格划分
• 3.3.4 计算模型与边界条件设置
• 3.3.5 数值模拟结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 滑行艇在规则波中纵向运动数值模拟
• 4.1 纵摇和升沉运动规律的确定
• 4.2 动网格条件设置
• 4.3 计算模型与网格划分
• 4.3.1 计算模型
• 4.3.2 网格划分
• 4.4 边界条件设置
• 4.5 数值模拟结果
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录