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自浮式半封闭圆柱壳体垂直入水过程研究

路中磊  
【摘要】:自浮式半封闭圆柱壳体结构是入水后可以自行漂浮的、一端开放、另一端封闭的薄壁圆柱壳体结构。本文围绕自浮式半封闭圆柱壳体低速垂直入水过程多相流体动力学问题,采用数值模拟和试验相结合的方法对入水过程运动特性、动力特性及多相流场特性开展了研究。本文主要研究内容如下: 首先简要介绍了多相流体动力学的控制方程及数值求解方法,结合数值计算结果分析了数值计算的有效性;通过理论分析,结合自浮性条件、稳定性条件对试验模型进行了设计。 基于Fluent软件,针对三维半封闭圆柱壳体模型入水过程进行数值模拟研究。得到了低速入水过程中质心运动规律、速度时变规律、壳体各部分受到的流场作用力、壁面压力分布、入水空泡发展规律、以及腔体内部形成的空气弹簧振动过程。进一步对半封闭圆柱壳体入水运动过程进行分析,并对其入水过程中的现象给出了合理的解释。 通过高速摄像方法,进行半封闭圆柱壳体入水试验研究。通过对影像数据处理分析,给出入水过程中壳体的平动及转动规律、入水空泡的发展规律。 采用数值模拟和试验相结合的方法,分别得到不同入水速度和不同浮重比条件下半封闭圆柱壳体的质心运动规律、壳体载荷、入水空泡发展规律,并对比分析得到入水速度及模型浮重比对入水过程的影响。基于数值计算结果和试验现象,在相同情况下,对比分析了半封闭圆柱壳体和全封闭圆柱壳体入水过程中的运动规律、入水冲击、入水空泡发展规律和入水稳定性,得到半封闭圆柱壳体入水过程的特点。


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