基于fluent的波浪數(shù)值仿真及其對(duì)出水物體的作用分析畢業(yè)論文(參考版)
2025-06-21 14:12本頁(yè)面
【正文】 最后感謝學(xué)校以及哈爾濱工業(yè)大學(xué)推進(jìn)理論與技術(shù)研究所為作者能夠順利完成課題所提供的各項(xiàng)便利條件，感謝研究所提供了良好學(xué)術(shù)氛圍和環(huán)境。在我完成課題的過(guò)程中，研究所的各位師兄給予我很大幫助。他敏銳的學(xué)術(shù)眼光和平易近人的態(tài)度給我留下了深刻印象。七、建議希望以后的課題經(jīng)費(fèi)能夠提高，有助于更多實(shí)驗(yàn)性的課題開(kāi)展。通過(guò)此次科技創(chuàng)新，我們對(duì)實(shí)際的科研題目有了深入的認(rèn)識(shí)，這對(duì)我們以后開(kāi)展研究生的學(xué)習(xí)與工作是十分有利的。五、經(jīng)費(fèi)使用情況圖書資料費(fèi)200 元實(shí)驗(yàn)材料費(fèi)500元六、問(wèn)題、體會(huì)與收獲由于在參數(shù)選擇上需要計(jì)算驗(yàn)證，而計(jì)算驗(yàn)證有時(shí)需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，所以時(shí)間上略顯緊張。 (a) (b)(c)圖47 Z軸位移、轉(zhuǎn)角、力從圖(b)中可見(jiàn)，彈體繞Z軸有較大的偏轉(zhuǎn)。這就導(dǎo)致，在彈體出水過(guò)程中變化復(fù)雜的波浪力與浮力耦合作用，形成震蕩的流體力。在這一過(guò)程中，曲線變化由強(qiáng)烈的震蕩，這主要是由自由表面波浪運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的。 (a) (b)(c)圖46 Y軸位移、轉(zhuǎn)角、力Y軸方向的彈體運(yùn)動(dòng)參數(shù)如圖46所示，由于彈體自身受到推力作用，彈體質(zhì)心在Y方向位移明顯。水平方向的流體力達(dá)到最大，這一段時(shí)間內(nèi)，質(zhì)心在X方向的移動(dòng)的速度也最大。在圖44中可以清楚的看到這一點(diǎn)。在圖(c)中可見(jiàn)，彈體上半部出水后壓力降至為大氣壓，由于空氣阻力小，所以其頭部的壓力變化并不明顯。圖(a)中的彈體完全浸沒(méi)在水中，其壓力沿彈體從上至下遞增，彈頭的高壓區(qū)主要是由于導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與液體相對(duì)運(yùn)動(dòng)所形成的阻壓。在二階STOKES波浪模型中，由于始終存在漂移速度，所以沿X軸正方向的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)較為明顯。導(dǎo)彈出水時(shí)刻偏轉(zhuǎn)角度與和方向與波浪的相位是密切相關(guān)的。導(dǎo)彈質(zhì)量為35kg,推力為400N，初速度為0。邊界條件設(shè)置 圖42 計(jì)算區(qū)域初始相圖左側(cè)邊界設(shè)置為速度入口，右側(cè)邊界設(shè)置為自由出流，上下邊界均為壁面，垂直于Z軸的前后兩個(gè)邊界設(shè)置為對(duì)稱面。在計(jì)算區(qū)域中最小單元格面積是 ，最大單元格面積是，總網(wǎng)格數(shù)量是630924。從而達(dá)到減少網(wǎng)格數(shù)量的目的。邊界條件的設(shè)置與三維區(qū)域的邊界條件相同，同時(shí)將彈體設(shè)置為剛體壁面。在這一過(guò)程中調(diào)整參數(shù)，優(yōu)化波浪品質(zhì)，直致整個(gè)自由表面的波形得到充分發(fā)展。造波參數(shù)為：波高1米，波長(zhǎng)7米。在這一過(guò)程中，主要分析其受力變化情況，并驗(yàn)證模擬方案的可行性。本文所選擇的模擬方案為裸式導(dǎo)彈。所以分析波浪對(duì)其影響顯得尤為關(guān)鍵[14]。尤其再受到波浪力的作用，彈體將會(huì)受到很大的偏轉(zhuǎn)力矩。潛射導(dǎo)彈的研制工作從上世紀(jì)五十年代中期開(kāi)始，但因?qū)椀乃掳l(fā)射技術(shù)難度大，目前只有俄羅斯、美國(guó)、法國(guó)等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家擁有較成熟的潛載導(dǎo)彈發(fā)射技術(shù)。隨著水深的變化，尾噴管的背壓不斷發(fā)生著變化，從而也使得推力呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的工況。導(dǎo)彈水下發(fā)射要經(jīng)歷筒內(nèi)彈道、水下彈道、出水彈道、空中彈道幾個(gè)階段，其中前三個(gè)階段是水下導(dǎo)彈武器發(fā)射的關(guān)鍵。波浪對(duì)運(yùn)載器出水過(guò)程的的影響導(dǎo)彈潛射簡(jiǎn)介潛射導(dǎo)彈因其兼有潛艇的隱蔽性好、機(jī)動(dòng)范圍大、生存能力強(qiáng)的特點(diǎn)和導(dǎo)彈的射程遠(yuǎn)、打擊精度高、破壞性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，自導(dǎo)彈誕生初期，潛射導(dǎo)彈的發(fā)展就備受關(guān)注，并逐漸成為現(xiàn)在核威懾和實(shí)施二次核打擊的中堅(jiān)力量[12]。三維區(qū)域更為接近實(shí)際，可以在流場(chǎng)中分析運(yùn)載器在Z方向的受力，這在二維模型中是無(wú)法做到的。這四個(gè)高速區(qū)域便是波峰位置，另外流場(chǎng)中存在四個(gè)波形也與50米計(jì)算域和12米波長(zhǎng)這一參數(shù)匹配。水底最大壓力與理論值相一致。圖33的波形連續(xù)平滑，與給定波浪參數(shù)一致。表31 流場(chǎng)計(jì)算物性參數(shù)表水密度rkg/m3水動(dòng)力粘度mkg/ms空氣密度rkg/m3空氣動(dòng)力粘度mkg/ms數(shù)值波浪模擬結(jié)果及分析圖33 在本模型中討論的仍然是規(guī)則的單一波，并沒(méi)有考慮Z方向的速度變化，三維區(qū)域波浪實(shí)際是二維波浪在空間區(qū)域的平推。如果對(duì)波形品質(zhì)要求較高，還需要在波面區(qū)域加密網(wǎng)格?？偩W(wǎng)格數(shù)量是183804。模型的網(wǎng)格劃分圖31 計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格劃分圖在此模型中仍然采用結(jié)構(gòu)化的正方體網(wǎng)格。采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行區(qū)域劃分。在三維區(qū)域內(nèi)模擬二階SOKES波具有重要意義，因?yàn)閱渭兊牟ɡ四M其應(yīng)用價(jià)值較小，只有將運(yùn)載器或海工建筑的受力與波浪力進(jìn)行耦合計(jì)算，才對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐產(chǎn)生指導(dǎo)意義。數(shù)值波浪無(wú)論從波形上還是內(nèi)部流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律方面來(lái)看，都使與理論分析相一致的。在圖210中，可以看到，波面處的速度無(wú)論方向如何，其絕對(duì)值在流場(chǎng)中較大，為明顯的高速區(qū)。造波邊界所產(chǎn)生的入射流體速度并沒(méi)有因?yàn)樗畹脑黾佣a(chǎn)生數(shù)值上的較大變化。當(dāng)然，在大區(qū)域計(jì)算域中，耗散與衰減將會(huì)變得明顯，但對(duì)于波浪的生成影響不大。從圖26和圖27中，可以看出，雖然水深大幅增加，但有效造波速度依然處于自由表面位置處。圖24 33秒時(shí)刻波形圖圖25 33秒時(shí)刻數(shù)值、理論波形曲線在本模型中，水深大幅增加，在圖25中的波形匹配依然較好。前兩個(gè)波長(zhǎng)中，波形理想，隨后波高迅速降低。但從圖25中可以看出，數(shù)值波浪與理論波形匹配效果較好。表21 流場(chǎng)計(jì)算物性參數(shù)表水密度rkg/
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