大渦模擬在水下物體周圍流場數(shù)值模擬及主附體線型優(yōu)化中的應(yīng)用.pdf

1、本報(bào)告在分塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格基礎(chǔ)上，編制完成可用于水下運(yùn)動物體和推進(jìn)器周圍粘性流場預(yù)報(bào)的計(jì)算機(jī)程序。 研究中采用擬可壓縮性方法耦合不可壓縮Navier-Stokes方程，經(jīng)空間濾波后得到大渦模擬(Large Eddy Simulation-LES)控制方程，以Smagorinsky型亞格子應(yīng)力模型(Subgrid Scale Model-SM)封閉小尺度不可解量對大尺度可解量的影響。控制方程的對流項(xiàng)及耗散項(xiàng)由基于三階迎風(fēng)偏置的混合差分

2、及二階中心差分離散，離散得到的非線性方程組由無矩陣運(yùn)算的全隱式LU-SGS(Lower-Upper Symmetric Gauss Seidel)分步迭代求解。 不同形式的潛艇主、附體組合周圍的流場、表面壓力及水動力的定常數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)吻合較好，表明報(bào)告中的數(shù)值方法及計(jì)算程序達(dá)到了工程實(shí)用的程度。 研究中選定某模型潛艇的主艇體及布置形式，進(jìn)行指揮臺圍殼的翼形、弦長及高度變化對潛艇尾流場均勻性影響的數(shù)值模擬及分析，結(jié)果

3、表明：主艇體線型及指揮臺圍殼安裝位置不變時(shí)，改變圍殼的外形可使?jié)撏菪龢P面處的流動均勻性得到改善。 通過改變尾附體與推進(jìn)器盤面的間距及尾附體前緣的填角大小，進(jìn)行了尾附體布置形式對潛艇推進(jìn)器盤面進(jìn)流品質(zhì)的影響研究，槳盤面進(jìn)流均勻性的分析表明：增加尾附體與螺旋槳盤面的間距或向前延伸尾附體與主艇體間的填角可改善螺旋槳盤面軸向進(jìn)流的均勻性。 通過體積力代替組合式推進(jìn)器的轉(zhuǎn)、定子，進(jìn)行了潛艇艇體和導(dǎo)管線型優(yōu)化對轉(zhuǎn)、定子干擾下的潛艇周

4、圍及導(dǎo)管內(nèi)外流場影響的數(shù)值模擬。推進(jìn)器產(chǎn)生相同推力的計(jì)算結(jié)果表明：(1)轉(zhuǎn)子盤面積不變時(shí)，增大進(jìn)出口面積可減少導(dǎo)管及艇體的阻力增加量；(2)進(jìn)、出口面積與轉(zhuǎn)子盤面積的比值不變時(shí)，增大艇尾的去流角使艇體的推力減額增大，導(dǎo)管阻力減小，但總阻力增加；(3)進(jìn)、出口面積與轉(zhuǎn)子盤面積的比值不變，收縮艇體尾部的線型，艇體的推力減額減小，導(dǎo)管阻力增加。 潛艇主、附體線型優(yōu)化不僅使推進(jìn)器盤面的流動品質(zhì)提高，達(dá)到降低推進(jìn)器噪聲的目的；還能減少主、