雙體流體動力干擾的研究.pdf

1、兩個或多個物體在鄰近區(qū)域相對運動時，會產(chǎn)生流體動力干擾現(xiàn)象。水下無人潛器無論是在近水表面航行，還是在近海底面作業(yè)，或是在布放回收過程中，這種干擾作用都將導致潛器周圍力學環(huán)境的改變，在潛器搭載、對接和精確控制運動的過程中必須加以考慮。這種復雜環(huán)境下雙體多自由度非定常流體動力干擾的力學機理、變化規(guī)律、影響因素及其描述方法，需要從經(jīng)典的流體力學理論出發(fā)加以探討。 在哈爾濱工程大學船模拖曳水池和水平型循環(huán)水槽進行了基本形體近壁面流體動力

2、干擾系列試驗以及組合體近壁面干擾試驗研究，考慮不同間距、攻角、Re數(shù)、物體外形等因素，測量模型的干擾力(矩)。在基本形體的干擾試驗中，發(fā)現(xiàn)了一些特殊的力學現(xiàn)象，如：吸力下降現(xiàn)象，鈍體的升力效應，Re數(shù)影響，二維和三維物體干擾效應的差別等。根據(jù)組合體的干擾試驗，得到了潛器類物體靠近平壁面和母船壁面的干擾規(guī)律。 基于勢流理論和粘性流CFD方法，對水下物體與壁面之間的流體動力干擾現(xiàn)象進行理論研究，提出近壁面干擾力的數(shù)學模型和預報方法，

3、研究模型試驗反映的特殊力學規(guī)律，分析不同因素對干擾力的影響和探索干擾現(xiàn)象的力學機理。對于難以進行模型試驗的多體、六自由度、非定常運動過程中的流體動力干擾問題，用非定常數(shù)值方法給出研究結果。 首先，給出流體動力干擾的無粘性計算方法，研究近壁面零攻角時的吸力現(xiàn)象、鈍體的升力效應以及復雜形體的近壁面干擾。 用源匯模型預報近壁面運動物體的零攻角干擾力，間距比大于某臨界值時，數(shù)值結果與試驗值符合較好。依二維Rankine體、三維扁

4、卵形體、三維回轉體、組合體的順序，該臨界間距逐漸減小。通過二維Rankine體算例，比較了受力的壓力積分法和Lagrange法計算精度。提出一種預報二維鈍體升力效應的理論方法，用物面尾部流動匯合點位置的變化以及適當?shù)腒utta條件表達方法來體現(xiàn)粘性對流動的影響，參照試驗結果，總結了二維 Rankine體尾部流動匯合點位置隨壁面間距和攻角的變化規(guī)律，這一觀點也得到了粘性CFD流場顯示的驗證。三維鈍體的升力效應用中弧面上的渦分布及后緣處泄出

5、的尾渦系來模擬，CFD數(shù)值模擬顯示的尾流支持了圓鈍物體尾部有尾渦系伸出的假定?；谠础獪u混合分布，分析組合體在平壁面及曲壁面附近的干擾特征。然后，采用粘性CFD方法，研究流體動力干擾現(xiàn)象中的粘性效應，揭示近壁面運動物體的干擾機理。 詳細給出圓柱——平壁面間距比從大到小直至為零情況下的干擾力和流場變化，著重分析了極小間距下的粘性阻塞作用、流動特點以及流體動力干擾的特有的規(guī)律。間距為0時，通過各種理論方法計算分析并結合試驗測量的受

6、力結果，討論粘性對接觸點附近流場壓力和流線的影響。通過二維Rankine體、三維扁卵形體、三維回轉體的近壁面干擾計算，解釋了試驗中觀察到的鈍體升力效應、隨間距減小產(chǎn)生的吸力下降現(xiàn)象以及阻力變化等。討論Re數(shù)對干擾力的影響，比較了不同形狀物體受干擾力的量級、流場壓力分布及回流區(qū)狀態(tài)等。 最后，針對水下潛器布放回收過程中的非定常運動，用理論計算方法作出理論預報，分析流體動力干擾的非定常效應。 組合體在無界流場及平壁面附近作垂