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《哈尔滨工程大学》 2010年
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二维船用帆翼空气动力特性的数值模拟

孙海素  
【摘要】: 在全球能源日趋短缺的形势下,把风帆作为辅助动力用于船舶助航已经越来越受到人们的重视。而风帆空气动力特性的不同将直接影响风帆助航的能力。本文以二维帆翼作为研究对象,对其空气动力特性进行数值模拟,研究的帆翼类型包括两种:硬帆和软帆。探讨不同方法的适用攻角范围和模拟结果的准确性,为以后帆翼翼型的优化和选优研究提供了依据。 二维软帆的数值模拟是本文的重点和难点,而本文用于求解二维硬帆的流函数法是二维软帆数值模拟方法的理论基础。因此,本文首先讨论了硬帆的数值模拟方法,然后讨论软帆的数值模拟方法。 对于二维硬帆,本文选取两种帆翼翼型——弓型薄翼翼型和NACA翼型,利用三种方法对其空气动力特性进行数值模拟。首先,利用流函数法和不可穿透条件法分别对弓型薄翼和NACA两种翼型进行数值模拟,同时得出两种方法在满足计算要求时所需的最少面元数,结果表明,模拟结果仅在低攻角范围内具有很高的精确度。其次,利用商用CFD软件FLUENT,在粘性流场定常状态下,对弓型薄翼翼型和NACA翼型在不同来流攻角时的空气动力特性进行模拟,结果表明,FLUENT模拟结果不仅在低攻角时比流函数法和不可穿透条件法的模拟结果具有更高的精确度,而且高攻角时同样与试验值吻合良好。最后,本文研究了Profili和Airfoil两种翼型气动特性分析软件的使用方法,并选取NACA翼型作为算例进行数值模拟,结果表明,模拟结果仅在低攻角范围与试验值吻合良好。 对于二维软帆,本文选取帆翼形状为弓型薄翼(不考虑翼厚)的风帆作为研究对象,基于求解二维硬帆的流函数法原理,采用Jackson等人提出的数值迭代方法对其空气动力特性进行数值模拟。结果表明,本方法得到的模拟结果在低攻角时与试验值吻合良好,具有很高的参考价值。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U661

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