湍流模型和网格分布对水下航行体回转水动力数值计算的影响
水下航行器水动力系数计算方法
水下航行器水动力系数计算方法GAO Ting;PANG Yongjie;WANG Yaxing;CHEN Qinglong【摘要】为了高效地求取水下航行器的水动力系数,本文提出了一种空间拘束运动模拟方法.该方法仅需一次算例就可求得方程中的全部水动力系数,在保证计算精度的同时极大地缩短了计算周期.为了验证该方法的准确性,利用航行器完成了平面机构运动试验并模拟分析该试验的数值.2种计算流体动力学方法得到的水动力系数值接近.说明在设计初期,用空间拘束运动模拟方法代替现有的常规平面拘束运动数值模拟,快速求得设计艇型的水动力系数是可行的.此外,该方法的计算结果与水池试验数据的误差较小,进一步表明该方法的可行性.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】7页(P174-180)【关键词】水动力系数;水下航行器;空间拘束运动;操纵性;计算流体力学;平面运动机构;水动力试验;高效【作者】GAO Ting;PANG Yongjie;WANG Yaxing;CHEN Qinglong【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】U661.1计算流体力学(computation fluid dynamic,CFD)是水下航行器最重要的总体性能之一,研究航行器的操纵性对于保证其航行安全、充分发挥水下航行器工作效能,都有着极其重要的意义[1]。
准确高效的获得水动力系数是开展水下航行器操纵性研究与设计方案改进的重要前提。
常用的水动力系数求取方法包括经验公式估算方法、拘束模型试验方法、自航模型试验方法。
经验估算方法具有很强的经济性和实用性，但其适用性和精确度难以保证。
模型试验方法是当前计算水动力系数较为精确的一种方法，但是由于其试验周期长，耗费成本高，在水下航行器设计初期并不适用[2]。
随着计算机技术和CFD技术的飞速发展，人们逐渐用数值模拟代替真实的模型试验，分析的成本大幅降低，周期大大缩短。
水下航行器附加质量数值计算方法
水下航行器附加质量数值计算方法
莫慧黠;党建军;罗凯;黄闯;黄标
【期刊名称】《鱼雷技术》
【年(卷),期】2017(025)003
【摘要】附加质量力是水下航行器在非定常运动中所受到的流体惯性力,其实验或数值计算过程均涉及非定常运动,结果获取难度大.为了进一步提高水下航行器附加质量参数的计算精度和效率,基于动参考系的计算思想,耦合3D N-S方程和k-epsilon湍流模型,建立了水下航行器非定常运动的流场计算模型;对椭球、圆柱标准模型的惯性力特性以及水下航行器的全部附加质量特性进行了数值仿真.结果表明,椭球、圆柱附加质量的数值计算结果精确,且水下航行器附加质量的计算误差不超过10％.文中所提方法将有助于水下航行器总体设计和水动力计算.
【总页数】6页(P250-255)
【作者】莫慧黠;党建军;罗凯;黄闯;黄标
【作者单位】西北工业大学航海学院,陕西西安,710072;西北工业大学航海学院,陕西西安,710072;西北工业大学航海学院,陕西西安,710072;西北工业大学航海学院,陕西西安,710072;西北工业大学航海学院,陕西西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TJ630.1;O351.2
【相关文献】
1.实测模态参数在水下航行器附加质量识别中的应用 [J], 谭伟;党建军;罗凯
2.水下航行器附加质量数值计算方法 [J], 莫慧黠;党建军;罗凯;黄闯;黄标
3.一种水下航行体附加质量数值计算方法 [J], 周景军;李育英;项庆睿
4.水下航行器附加质量数值计算方法 [J], 莫慧黠;党建军;罗凯;黄闯;黄标
5.深水空心矩形高墩地震动水附加质量计算方法研究 [J], 毛穗丰;高立宝;徐章洁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
网格尺寸对河流水动力数值模拟的影响
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔｈｅ ｒｅａｃｈ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ Ｌｕｏｑｉ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ Ｌｕｏｑｉ ｉｎ ｔｈｅ Ｆｕｌｉｎｇ￣Ｌｕｏｑｉ ｗａｔｅｒｗａｙ ｉｓ
关键词: 水动力模型ꎻ 河流ꎻ 网格尺寸ꎻ 相对网格比ꎻ 相对偏差
中图分类号: ＴＶ １３４ꎻ Ｕ ６１２������ ３
文献标志码: Ａ
文章编号: １００２￣ ４９７２(２０１８)０３￣ ０１３５￣ ０８
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｇｒｉｄ ｓｉｚｅ ｏｎ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｉｖｅｒ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ
摘要: 以涪陵—洛碛水道上的上洛碛至下洛碛河段为研究区域ꎬ 在测量比尺为 １ ∶ １ ０００ 的实测河道地形图上建立无结
构化三角形网格水动力模型ꎬ 基于有限体积法求解平面二维水动力方程ꎬ 研究了在多组相对网格比取值下的模型计算结果
变化趋势ꎮ 研究发现: 相对网格比的变化对河滩内计算点的计算结果影响远大于对河槽内计算点计算结果的影响ꎮ 当相对
ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｒｅａ.Ａｎ ｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｍｅｓｈ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ ｍａｐ ｏｆ １������１ ０００ ｓｃａｌｅ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｔｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ￣ｇｒｏｕｐ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｇｒｉｄ ｒａｔｉｏ.Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｇｒｉｄ ｒａｔｉｏ ｏｎ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｌｏｏｄ ｉｓ ｍｕｃｈ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｎ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｉｖｅｒ ｖａｌｌｅｙ.Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｅｓｈ ｒａｔｉｏ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ｒｉｖｅｒ ｈａｖｅ ｃｈａｎｇｅｄ ｌｉｔｔｌｅ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｖｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ ｉｓ ｃｌｏｓｅ ｔｏ ｚｅｒｏ. Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｇｒｉｄ ｒａｔｉｏ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ １ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ. Ａｎｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｇｒｉｄ ｒａｔｉｏ ｉｓ ｌａｒｇｅ ｅｎｏｕｇｈ ｔｏ ｓｔａｂｉｌｉｚｅ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｌｏｏｄ ａｒｅａ ｉｓ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｖｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ.Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｅｓｈ ｒａｔｉｏ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ ａｒｅａｓ ｉｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ.
多用途货船的操纵性预报计算
多用途货船的操纵性预报计算多用途货船是一种具有多种装载能力和灵活性的船舶，广泛应用于全球贸易和物流运输中。
在多用途货船的设计和运营过程中，操纵性预报计算显得尤为重要。
本文将探讨多用途货船的操纵性预报计算方法，以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
随着全球贸易和物流业的快速发展，多用途货船在运输行业中的地位日益提升。
为了提高运输效率和降低成本，许多航运公司开始投入更多资源进行多用途货船的研发和升级。
在此背景下，对多用途货船操纵性预报计算的研究也成为了一个关键的课题。
多用途货船的操纵性预报计算主要包括以下几个步骤：船舶操纵性因素分析：首先需要确定影响船舶操纵性的因素，如船舶尺寸、船速、航向等。
通过对这些因素的分析，可以初步了解船舶的操纵性能。
船舶运动方程组的建立：结合船舶操纵性因素，建立船舶运动方程组。
该方程组可以描述船舶在各种环境条件下的运动行为，为后续的预报计算提供基础。
数字滤波算法：由于船舶在实际运营中会受到各种扰动因素的影响，因此需要对船舶运动方程组进行滤波处理，以减小扰动对预报结果的影响。
数字滤波算法可以采用卡尔曼滤波或其他的数值滤波方法。
为了验证上述计算方法的性能和准确性，我们进行了一系列实验。
实验中采用了实际航行数据和模拟数据进行对比分析。
结果表明，该计算方法能够较为准确地预报多用途货船的操纵性能，并且对不同航道和环境条件具有较好的适应性。
本文探讨了多用途货船的操纵性预报计算方法，通过对其计算过程和实验结果的分析，可以得出以下多用途货船的操纵性预报计算对于提高船舶运输效率和降低运营成本具有重要意义。
通过分析船舶操纵性因素、建立船舶运动方程组以及采用数字滤波算法，可以较为准确地预报多用途货船的操纵性能。
实验结果表明，该计算方法在实际航行和模拟环境中均具有较好的适应性和准确性，可以为多用途货船的操纵性能评估和航行安全提供有效的支持。
展望未来，多用途货船的操纵性预报计算研究仍有广阔的发展空间。
基于CFD的水下回转体高速运动阻力预报精度影响研究
中 图 分 类 号 ： Ｕ６６１．３
文 献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ： １６７２—７６４９（２０１６）２—００２２—０５ ｄｏｉ：１０．３４０４／ｊ．ｉＲ ｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｆｏｒｅｃａｓｔ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ
提 出 了更 高要 求 。近 年 来 ，随 着 计 算 机 技 术 的迅 速 发 展 和 普 及 ，计 算 流 体 力 学 （ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆ ｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）技 术广 泛 运用 于 流 场数 值 模 拟 ，其 良好 的适应 性 和 较 高 的 精 度 ，逐 渐 成 为 流 体 力 学 研 究 的重 要工 具 ，也 为 水 下 回转 体 阻力 研 究 开 辟 了新 的途 径 ，如 何利 用 ＣＦＤ方 法提 高 其 预 报精 度 成 为一
（１．海 军工程 大 学 ，湖 北 武 汉 ４３００３３；２．中国人 民解放 军 ６１１３９部 队 ，北京 １０００８１）
摘 要 ： 水下 回转体高速运 动的阻力精确预报对 潜艇性能研究意义 重大 ，其复 杂的影响因素对预 报精度 提出
了 挑 战 。本 文 基 于 商 业 ＣＦＤ 软 件 Ｆｌｕｅｎｔ，设 计 了 ３种 不 同 网格 数 量 与 ３种 不 同 ｙ＋值 ，共 ９套 网格 ，在 ５种 不 同 的 湍 流
Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ： ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｓｕｂｍ ａｒｉｎｅ； ｎｕｍ ｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ；ｗａｌｌ Ｙ ＋
０ 引 言
水下 回转 体 运 动 阻 力 的 精 确 预报 对 潜 艇 主 、 附 体 的 线型 优化 和 快速 性 预 报 等方 面 的研 究 具 有 重 要 价 值 ，特 别是 现 在 潜 艇 朝 高 航 速 、大 潜 深 等 强 机 动 方 向发展 ，对 水 下 回转 体 高速 运 动 阻力 的预 报 精 度
船舶流场的数值模拟与水动力性能优化
船舶流场的数值模拟与水动力性能优化船舶的水动力性能是影响其行驶速度、稳定性和燃油消耗的重要因素。
为了研究船舶水动力性能的优化方法，数值模拟成为一种可靠和高效的手段。
本文将介绍船舶流场的数值模拟方法，并探讨如何通过优化船体形状和推进系统设计来提高船舶的水动力性能。
1. 数值模拟方法船舶流场的数值模拟主要包括两个方面：流体运动方程的求解和边界条件的设定。
流体运动方程可以通过Navier-Stokes方程来描述，其中包括连续性方程和动量方程。
为了简化计算难度，通常会采用雷诺平均Navier-Stokes (RANS) 方程，其中引入了湍流模型来描述湍流效应。
在数值求解过程中，需要建立离散的网格，并对每个网格单元的物理参数进行求解。
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法。
通过这些数值方法，可以得到船舶在运动过程中的速度、压力和湍流强度等参数，进而分析其水动力性能。
2. 形状优化船体形状是决定船舶水动力性能的重要因素之一。
通过数值模拟可以对船体形状进行优化，以减小阻力、提高速度和降低燃油消耗。
形状优化的方法主要包括基于响应曲面模型的优化和基于直接搜索的优化。
基于响应曲面模型的优化方法可以通过建立数学模型来描述船体形状与水动力性能之间的关系。
利用数值模拟的结果作为训练样本，可以建立出响应曲面模型，并通过优化算法来寻找最优解。
常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。
基于直接搜索的优化方法则通过构建一组候选解来寻找最优解。
在每一次迭代过程中，根据当前的候选解进行数值模拟，并评估其水动力性能。
通过不断调整候选解的参数，最终找到最优的船体形状。
3. 推进系统优化除了船体形状的优化，推进系统也是影响船舶水动力性能的重要因素之一。
推进系统的优化主要包括螺旋桨设计和动力配置的优化。
通过数值模拟可以对不同螺旋桨参数进行评估，并选择最优的设计方案。
同时，通过动力配置的优化可以合理配置机舱和发动机的位置，使得推力的传递更加高效。
潜艇操纵水动力数值预报网格与湍流模型选取研究
２ ・ ２
造 船 技 术
２ １ 年 第 ２期 （ 第 ３ ６期 ） ０２ 总 ０
潜 艇 操 纵 水 动 力数 值 预 报 网 格 与 湍 流 模 型 选 取 研 究
曾广会 ， 治 海 ，刘 汉 明 伍
（ 军潜 艇学 院 ，山 东 青 岛 ２ ６ ４ ） 海 ６ ０ １
提
要
针 对 采 用 计 算 流体 力 学 （ Ｆ 数 值 方 法 预 报 潜 艇 操 纵 水 动 力 中 ， 格 划 分 和 湍 流 模 型 选择 的 问 ｃ Ｄ） 网
ｍ ｅ ｈ ｑ ｌｔ ｉｅ ｐｒ ｄ ｃ ｉ ｎ ｏ ａ ｅ ａ ｏ ｃ ｓ ａ ｄ ｍｏｍｅ ｔ ｅ ｕｉｅ ｏ ｒ ｍｅ ｈ ｑ ｌｔ ｓ ｕａｉｙ ｗｈ ｌ ｅ ｉｔｏ ｆ ｌｔ ｒ ｌｆ ｒ ｅ ｎ ｎ ｓ ｒ ｑ ｒ ｄ ｌ ｗｅ ｓ ｕａｉｙ；ｆ ｒ ｏ ｔ ｈｏ ｉ ｇ ｏｆｔ ｂｕ ｅ ｃ ｏ ｅ ，ｔ ｔ ｎｄ ｒ ｈｅ ｃ ｏｓｎ ｕｒ ｌ ｎ ｅ ｍ ｄ ｌ ｈｅ ｓ ａ ａ ｄ ｋ一叫 ｔ ｂｕｌｎｃ ｕｒ ｅ ｅ ｍｏｄ １ｃ ｎ ｇ ｔ ｍｏ ｅ ａ ｃ ｒ ｔ ｅ ａ ｅ ｒ ｃ ｕ ａ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｃ ｍ ｐ ｒ ｄ ｗｉｈ ｅ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｅ ｕｔ ｏ ａ ｅ ｔ ｘｐ ｒｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌｓ。ａ ｄ ｉ ’ ｈｅ ｓ ｉａ ｅ ｔ ｂｕ ｅ ｃ ｎ ｔ Ｓ ｔ ｕ ｔ ｂｌ ｕｒ ｌ ｎ ｅ ｍｏｄ ｌｉ ｅ ｉ— ｅ ｎ ｐｒ ｄ ｃ ｔｏ ｆｍ ａ ｅ ｖｅ ｉ ｙｄ ｏ ｎａ ｉｓ ｏ ｕ ｉ ｎ ｏ ｎ ｕ ｒｎｇ ｈ ｒ ｄｙ ｍ ｃ ｆｓ ｂｍａ ｉ ｔｐｒ ｓ ｎｔｈａ ｄ ｒ ｏ ｉｉ ｎ ｒｎｅ ａ ｅ ｅ ｒ ｗａ ｅ ｃ ｎｄ ｔｏ ． Ｋｅ ｗｏ ｄ Ｓｕ ｙ ｒｓ ｂｍａ ｉ ｅ Ｃｏ ｐ ａ ｉ ｎ ｌｆｕ ｄ ｄ ａ ｃ Ｍ ａ ｕ ｅ ｉ ｇ Ｈ ｙ ｏ ｙｎ ｍｉ ｓ ｒｎ ｍ ｕｔ ｔｏ ａ ｌ ｉ ｙｎ ｍｉｓ ｎｅ ｖ ｒｎ ｄｒ ｄ ａ ｃ
基于刚性网格法的潜艇水动力数值计算
基于刚性网格法的潜艇水动力数值计算潜艇的水动力计算对于其性能评估和设计优化具有重要的作用，而刚性网格法是常用的数值计算方法之一。
本文将介绍基于刚性网格法的潜艇水动力数值计算方法。
首先，需要对潜艇进行几何建模。
一般采用CAD软件进行三维建模，并将模型导入到数值计算软件中。
接着，需要对模型进行网格划分。
刚性网格法采用的是规则网格，其边界与模型几何形状完全一致，使计算得到的结果更加准确。
网格的密度需要根据模型的复杂程度、计算要求和设备性能等因素进行确定。
其次，需要确定数值方法。
水动力计算中常用的方法有有限体积法、有限元法和边界元法等。
刚性网格法是基于有限体积法的，其主要思想是将模型划分为一个个离散的小单元（体积），通过计算各小单元的流量、压力等参数，得到整个体系的水动力学特性。
然后，需要确定计算方程。
水动力学中的计算方程包括连续方程、动量方程和能量方程。
连续方程描述了流体在每个时刻保持质量守恒的基本原理。
动量方程描述了流体在每个时刻保持动量守恒的基本原理。
能量方程描述了流体在每个时刻保持能量守恒的基本原理。
这些方程需要结合实际情况，包括物理边界条件、运动状态等进行求解。
最后，在计算过程中需要注意的问题是，潜艇在水下运动时受到的阻力和力矩来自于水对其表面的压力，而水的流动又受到潜艇自身的运动和旋转等因素的影响。
因此，在计算中需要考虑潜艇的运动状态、旋转角度、速度等因素对水动力的影响，并对这些参数进行合理的设定和调整，以获得准确的计算结果。
总之，基于刚性网格法的潜艇水动力数值计算是一种相对高效、准确的方法，可以为潜艇的设计优化和性能评估提供重要的参考依据。
需要注意的问题是，计算方法和方程式的设定需要充分考虑实际情况和物理原理，才能得到准确、可靠的结果。
数据分析在各个领域中都是非常重要的，可以帮助我们更好地理解某个问题或现象，做出更准确的决策。
下面我将列出一些相关数据并进行分析。
1. 消费者对于产品的评价得分情况评分 | 消费者数量 | 所占比例----|---------|-------5 | 100 | 30%4 | 120 | 36%3 | 80 | 24%2 | 20 | 6%1 | 10 | 3%从数据可以看出，大部分消费者给予产品较高的评分，其中5分和4分的比例占到了相应的74%。
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Ｌ ｉ ｇ ｏ，Ｌ ＡＮＧ Ｚ ｏ ｇ ａ ｇ ＨＯＵ Ｙｉ ｉ Ｕ Ｊｎ ｕ Ｉ ｈ ｎ ｇ ｎ ，Ｚ ｍｅ ，Ｗ Ｕ Ｆ ｎ ｌ ｎ ａ ｇｉ ｇ ａ
（ ｈｎ ｈｐＤ ｖｌ ｍ ｎ ｎ ｅｉ ｅｔｒ Ｗｕ ａ ３ ０４， ｈｎ ） Ｃ ｉａＳｉ ｅｅ ｐ ｅ ｔ ｄＤ ｓ ｎＣ ｎｅ， ｈ ｎ ０ ６ Ｃ ｉａ ｏ ａ ｇ ４
第２ １卷 第 ３期
２１ ０ ２年 ６月
计 算 机 辅 助 工 程
Ｃｏ ｕ ｅ ｄ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｉ ｇ ｍｐ ｔｒＡｉ ｅ ｇｎｅ ｒｎ
Ｖｏ ． Ｎｏ ３ １ ２１ ．
Ｊｎ ０ ２ ｕ ．２ １
文 章 编 号 ：０６—０ ７ （ ０ ２ ０ ・０ ７０ １０ ８ １ ２ １ ）３ ０ １ －５
速度 矢量
Ｐ ｉ＝ｌ ×ｒ ， ＋ ０ （） １
式 中 ： “ ， 为 相对 于旋转 运动 坐标 系 的速 度 ｌ ＝（ ， ） ，
矢量 ．
湍 流模 型 ， 数值模 拟 回转 主体 在 不 同偏 航 角 条 件 下
的水下 定 常 回转 运 动 ， 对影 响数 值 计算 结 果 的条 件 进 行 系统 研究 ， 得 的垂 向力 和纵 倾 力矩 与试 验值 求 的误 差在 ２ ％ 以 内． Ｕ Ｇ等 采 用 标 准 ． 可 ０ ＳＮ 和
实现 一 湍流 模 型模 拟 Ｏ Ｒ Ｂｄ． 艇 模 型 回转 Ｎ ｏｙ１潜 运动 ， 与试 验数 据 比对 ， 理 分 析 比较 结 果． 并 合 随着 旋臂 水池试 验报 告 ｌ 刮的逐 步公 开 ， 拟水下 航行 体 模 回转 运动将 成为 新 的研 究 热点 ． 本 文 基 于旋 臂 水池 试 验 的数 值模 拟 ， 首先 采用 ＦＵ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ获得 稳 定 的 纯旋 转 运 动 流场 ， 点 对 影 响 重 数 值计 算 结果 的 湍 流 模 型 选 取 和 网格 分 布 进 行 优 选 ， 而预报 某 型水 下 航行 体 在 单 平 面 回转 运 动 时 进 的水动 力性 能 ， 与 已有 的试验数 据进 行 比较 ， 并 最终 建 立可 行 的 回转 水动力 数值 预报 方法 ．
（） ３
式 中 ： 和 分 别为 笛卡 尔坐 标 系下 的坐标 和速度 分量 ； 为克 罗 内克 符号 ； 为运 动黏 性 系数 ；
诺应 力张 量 ． １ ３ 湍流 模型 ．
为实 现对 回转运 动水 流横 向分离 复杂 流动 的准 确捕 捉 ， 文 采 用 Ｒ Ｇ ｋ６ 可 实 现 ． 本 Ｎ －， ｊ ｝ 一 和 Ｓ Ｔ． Ｓ ｊ ｝ 一 等 ３种 湍 流模 型进行研 究 ．
１ １ 物理 描述 ．
当运动 方程 在旋 转 运 动 坐标 系 中求 解 时 ， 流体 的加 速度 （ 向心 加 速 度 和科 氏加 速 度 ） 作 为 源 项 将
出现 在动量 方程 中．
１２ 控制 方程 ．
对 于 固定在 地 面 的惯 性 坐标 系 ， 下航 行 体 的 水 定 常 回转运 动存 在 向心加 速 度 ， 在该 坐 标 系 下 为 故 非 定 常问题 ． 简化 问题 ， 为 可将其转 化在 旋转 运动 坐
图 ３ 计 算 域 示意
Ｆ ｇ ３ Ｓ ｈ ｍａｉ ｉ ｇ ａ ｆ ａ ｃ ｌｔ ｎ ｄ ｍａｎ ｉ． ｃ ｅ ｔ ｄ ａ ｒ ｍ ｏ ｌｕ ａｉ ｏ ｉ ｃ ｃ ｏ
计 算域 的选取 需根 据水下 航行 体 的主尺度 和 回 转 半径 确定 ． 考 文献 ［ ］ ［ ］ 选 取来 流截 面距 参 ２和 ３ ，
Ａｂｓｒ ｔ：Ｔｏ ａ ｈｉｖ ｈ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｒ ｄ ｃｉ ｎ ｗｈ ｃ ｓ ｔ ｅ ｋ ｙ ｉ ａｅｙ ｍａ ｉ ｕ ａｉｎ ｄｅ ｉｎ ｏ ｔ ａｃ ｃ ｅ ｅ ｔ ｅ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｓ ｐ ｅ ｉｔｏ ｉｈ ｉ ｈ ｅ ｎ ｓ ｆ ｔ ｎ ｐ ｌｔｏ ｓｇ ｆ ｕ ｄ ｒ ｔｒｖ ｈｃ ｅ，ａ ｉ ｃ ｍｐ ｅ ｓｂ ｅ ＲＡＮＳ ｅ ｕ ｔｏ ｓ ｉ ｏ ｖ ｄ ｉ ＵＥＮＴ，ａ ｄ ｔ ｅ ｖ ｒｉａ ｏ ｃ ｎ ｎ ｅ ｗａ ｅ ｅ ｉｌ ｎ ｏ ｒ ｓ ｉｌ ｑ ａｉ ｎ ｓ ｓ ｌｅ ｎ ＦＬ ｎ ｈ ｅ ｔｃ ｌｆｒ ｅ ａ ｄ ｌｎ ｉ ｉａ ｍｅ ｔｏ ｎ ｅ ａｅ ｅ ｉｌ ｎ ｓｎ ｌ － ｌｎ ｏａ ｙ ｍｏ ｉｎ ａ ｅ ｃ ｌｕ ａｅ ｄ ｒ ＲＮＧ 一 ｏ ｇ ｔ ｎ ｌｍｏ ｎ ｆｕ ｄ ｒ ｔｒ ｖ ｈ ｃｅ ｉ ｉ ｇｅ ｐａ ｅ ｒ ｔｒ ｔｏ ｒ ａｃ ｌ ｔｄ ｕｎ ｅ ｕｄ ｗ 占． ｒ ａｉａ ｌ ・ ａ Ｓ ｅ ｌｚ ｂ ｅ ｎｄ Ｓ Ｔ － ｍｏ ｅ ｓ ａ ｉｆｒ ｎ ｓ ｉｔｉ ｕ ｉｎ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉ ｅ ｔｒ ｓ ｌｓ Ｔｈ ｄ ｌ ｎｄ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｍｅ ｈ ｄ ｓｒｂ ｔ ｎ ｏ ａ ｅ ｔ ｔｓ ｅ ｕ ｔ． ｏ ｈ ｅ ｒ ｓ ｈｓｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔｔ ｅ ｐ ｅ ｉｔｏ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｅ ｉ ａ ｏ ｃ ｎ ｏ ｇｔ ｄｉ ｌｍｏ ｎ ｓｈ ｇ ｒｗｈ ｎ Ｒｅ＝ ｅ ｕ ｎ ｉａ ｅｔ ａ ｈ ｒ ｄ ｃｉｎ ａ ｃ ｒ ｃ ｆｖ ｒ ｃ ｌｆ ｒ ｅ ａ ｄ ｌｎ ｉ ｎａ ｍｅ ｔｉ ｉｈｅ ｅ ｔ ｕ
关 键词 ：水下航行 体 ；回转运动 ；水动 力 ；湍流模 型 ；网格 分布 ； Ｌ Ｅ Ｔ ＦＵ Ｎ
中图分 类号 ： ６ １３ ； Ｂ １ ． Ｕ ６ ．３ Ｔ １５ １
文献标 志码 ：Ｂ
Ｅｆｅ ｔｏ ｕ ｂｕ ｅ ｅ ｍ ｏ ｅ ｎ ｅ ｈ ｄ ｓｒｂ ｉ ｎ ０ ｆ ｌ ｃ ｆｔ ｒ ｌｎｃ ｄ ｌａ ｄ ｍ ｓ ｉｔ ｉ ｕｔｏ ｎ
图 １ 水 下 航 行 体 回转 运 动 示 意
Ｆ ｇ １ Ｓ ｈ ｍａｉ ｄ ａ ｒ ｍ ｆ ｏ ａｙ ｍｏ ｉｎ ｏ ｎ ｅ ｗ ｔｒｖ ｈ ｃｅ ｉ ． ｃ ｅ ｔ ｉｇ ａ ｏ ｔｒ ｔ ｆ ｄ ｒ ａｅ ｅ ｉｌ ｃ ｒ ｏ ｕ
１ 数 值 计 算 方 法
垫 ：０
（） ２
毒“＋ ＋ × 一 ２ ＋ ＝ ｔ （ ２ （ ｙ 毒 Ｏ一） Ｐ （ １ ） ｔ ２ ｉ
雷
图 ２ 计 算模 型 示 意
Ｆ ｇ ２ Ｓ ｈ ｍａ ｉ ｄ ａ ｒｍ ｆ ａｃ ｌｔ ｎ ｍｏ ｅ ｉ． ｃ ｅ ｔ ｉｇ ａ ｏ ｌｕ ａ ｉ ｄ ｌ ｃ ｃ ｏ
ｈｔ ：／ｗ ｔ ／ ｗｗ． ｈ ｎ ｃ ｅ ｃ ｐ ｃ ｉａ ａ ． ｎ
１ ８
计
算
机
辅
助
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程
２１ ０ ２丘
限， 主要 由美 国泰勒 水池 研究 人 员 发起 ．Ｕ Ｇ等 ］ ＳＮ ２ 融 合多块 网格 、 重 网格 和局 部 加 密 等技 术 求 解 三 多
维 不可压 缩 Ｒ Ｎ Ａ Ｓ方程 ， 采用 标准 ｋｓ和修 正 的 Ｂ － 一
算模 型 与试 验模 型一致 ， 计算模 型示 意见 图 ２ ．
ｌ ． × １ ． Ｔ ｅ ｎ ｍｅ ｉ ａ ｒ ｄ ｃｉｎ ｍ ｅｈ ｄ ｉ ｅ ｓｂ ｅ ａ ｆｅ ｔｖ ｔ ｒ ｃｉ ａ ａｕｅ ７ １ ０ ｈ ｕ ｒｃ ｌｐ ｅ ｉｔｏ ｔ ｏ ｓ ｆａ ｉｌ ｎｄ ｅｆ ｃｉ ｅ ｗｉｈ ｐ ａ ｔｃ ｌｖ ｌ ．
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｕ ｄ ｒ ｔｒ ｖ ｈ ｃｅ；ｒ ｔｒ ｔｏ ｎ ｅ ｗａｅ ｅ ｉ ｌ ｏａ ｙ ｍｏｉｎ；ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉｓ；ｔ ｒ ｕ ｅ ｃ ｄ ｌ ｕ ｂ ｌｎ ｅ ｍｏ ｅ ；ｍｅ ｈ ｄ ｓｒｂ ｔｏ ｓ 验 通 过在 一 定 范 围 内系
统地变 换半 径 、 角和舵 角 等参数 ， 攻 从而 确定 旋转导
数 、 线性 和耦合 水动力 导数 以及力 矩 导数等 ． 非 试验
收稿 日期 ： ０ １０ —６ 修 回 日期 ： ０ １ １．７ ２ １．８２ ２ １—２０
标 系下 求解 ． 水下 航行 体 回转运 动 示 意见 图 １ 假定 ． 旋转 运动 坐标 系 以角速度 旋 转 ， 转 运 动坐 标 系 旋 的 坐标 原 点 由矢 径ｒ确 定 ， 对 于惯 性 坐标 系 下 的 相
＋
在定 常旋转 运动坐 标 系下 的连续 性方 程和不 可
压缩 Ｒ Ｎ Ａ Ｓ方 程 为
由于流 动 复杂 和试 验 数 据来 源 少 等原 因 ， 旋 对 臂水 池试 验 的数 值 模 拟 研 究 所 开 展 的工 作 较 为 有
作者 简 介 ：卢 锦 国 （９ ６ ） 男 ， 建 漳 州人 ， 士 ， 究 方 向为 潜 艇 操 纵 性 水 动 力数 值 计 算 ， Ｅｍａ ）ｊｆ ｈｒ ｎ ＠ １６ ｃｎ １８ 一 ， 福 硕 研 （ － ｉ ｌ ａ ｅｌ ｄ ２ ．ｏ ｌ ｇｔ ａ
ｎｕｍ ｅ ｉ ａ ｏｍ ｐｕｔ ｔ ｎ Ｉ ｒ ｔ ｒ ｄｒ ＇ ｎａｍ ｉ ｓ ｏ一 ｒ ｌ ｃ ● － ｃ ・ ・０ ０ｔ ｏ ・ ｙ ＇ ＇ ｏｄｙ ｌ ａ － ｉ ｌ ｔ ａ ｈｙ － ｌ ｃ
Ｕｎｃ ｒ ａｔ ｒ Ｖｅ ■ １ Ｗ Ｉ ｅ Ｊ ｅ ●● ｅ ｎｌ Ｃｌ
ＦＩ Ｉ ＥＮＴ Ｉ
０ 引 言
操 纵性 能预报 是水 下航行 体设 计 的重要 环节之
一
研 究表 明 ， 通常情 况 下 在较 大半 径 旋臂 水 池 试 验 条 件下 得 到 的 旋 转 导 数 比在 平 面 运 动 机 构 （ ｌｎｒ Ｐａ ａ Ｍｏ ｏ ｅｈ ｎｓ Ｐ ｔ ｎ Ｍ ｃ ａｉ ｉ ｍ， ＭＭ） 验 得 到 的旋 转 导数 具 有 试 更高 的精度 ．
湍 流模 型 和 网格 分 布对 水 下 航 行体 回转 水 动力 数 值 计 算 的影 响
卢锦 国 ， 梁中刚 ， 周轶 美 ， 吴方 良
（ 国舰 船 研 究设 计 中心 ， 汉 ４ ０ ６ ） 中 武 ３ ０４
摘 要 ： 对水 下航 行体 安全操 纵 设计 的关键 环 节 水 动 力预报 ， Ｆ Ｕ Ｎ 针 用 Ｌ Ｅ Ｔ求 解不 可 压 缩 Ｒ Ｎ Ａ Ｓ方