孤立圆柱及桅杆模型试验的水动力数值计算研究

论文摘要

柱和柱群结构是工程中普遍采用的结构形式,而柱状结构在流场中所受的流体载荷及其对流场的影响一直是流体力学中的一个基本问题。在船舶工程领域,为了达到隐身的目的,在目前舰船的桅杆设计中已广泛采用锥柱状结构。由于结构形式的改变,使得桅杆的动静力学性能发生了重大变化,尤其是隐身桅杆的特殊形状,使得桅杆四壁所受的风载在不同风向角条件下各不相同。因此,开展锥柱状结构在流场中的所受流体载荷的研究无论对工程运用还是理论研究都有着一定的参考价值。 本文利用计算流体力学软件CFX分别采用LES及κ-ε湍流模型,在相同计算域、网格、计算步长等条件下对孤立圆柱的绕流现象进行了数值计算,其中利用LES湍流模型计算时,对其在各雷诺数的条件下进行了较全面的分析,而仅选取了少量的工况利用κ-ε湍流模型进行了计算,对比分析了这两种方法间的误差,并选择κ-ε湍流模型对桅杆模型试验进行了计算,并与试验结果作了对比分析。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 论文的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及发展
• 1.3 论文主要工作
• 第2章 计算流体力学简述
• 2.1 概述
• 2.2 湍流的连续方程和雷诺方程
• 2.3 湍流计算模型
• 2.4 湍流模型
• 2.4.1 零方程湍流模型
• 2.4.2 一方程模型
• 2.4.3 二方程模型
• 2.5 初始条件和边界条件
• 2.5.1 二方程湍流模型的初始条件及边界条件
• 2.5.2 大涡模拟（LES）模型的初始条件及边界的条件
• 2.6 计算流体力学软件 CFX典型分析过程
• 2.7 CFX软件中网格划分的种类
• 2.8 本章小结
• 第3章 孤立柱绕流计算结果
• 3.1 概述
• 3.2 计算模型的建立
• 3.3 非结构化网格的划分
• 3.4 采用LES湍流模型时的计算工况
• 3.5 计算结果的分析方法
• 3.6 采用LES湍流模型时的计算结果
• 4时平均压力系数及脉动压力系数的分布'>3.6.1 Re=5×10⁴时平均压力系数及脉动压力系数的分布
• 3.6.2 不同Re数时平均压力系数及脉动压力系数的分布
• 3.6.3 稳态升力系数及脉动升力系数的变化趋势
• 3.6.4 稳态阻力系数及脉动阻力系数的变化趋势
• 3.6.5 Strouhal数随Re数的变化
• 3.7 采用k-ε方程湍流模型时的计算结果
• 3.8 本章小结
• 第4章 桅杆试验计算结果
• 4.1 概述
• 4.2 桅杆试验模型
• 4.2.1 试验模型及装置
• 4.2.2 试验测量设备及试验状态
• 4.3 模型试验的数值模拟计算
• 4.3.1 模型的建立
• 4.3.2 网格的划分
• 4.3.3 计算工况
• 4.4 桅杆模型试验的数值计算结果
• 4.4.1 攻角为0度时的结果
• 4.4.2 攻角为15度时的结果
• 4.4.3 攻角为30度时的结果
• 4.4.4 攻角为45度时的结果
• 4.5 数值计算的结果分析
• 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