劃艇槳葉水動力性能數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文以國際大賽中我國劃艇運(yùn)動員使用的槳葉作為研究對象，采用準(zhǔn)靜態(tài)研究方法，利用FLUENT商業(yè)軟件對劃艇槳葉水動力性能進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，運(yùn)用計算流體力學(xué)、運(yùn)動生物力學(xué)、運(yùn)動訓(xùn)練學(xué)等多個交叉學(xué)科優(yōu)勢，對劃艇單槳葉、雙槳葉和多槳葉同時劃槳時的水動力性能進(jìn)行了全面地數(shù)值模擬研究，為運(yùn)動員和教練員更科學(xué)、更合理選擇劃槳技術(shù)和風(fēng)格，提高劃艇比賽成績提供了科學(xué)依據(jù)。
　　 研究首先對在循環(huán)水槽中單槳葉不同浸水深度下和不同攻角下的水動力性能

2、進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，討論了不同湍流模型對計算結(jié)果的影響，通過與試驗結(jié)果的比較分析，以及槳葉周圍的流場特征與試驗流場觀察結(jié)果的比較，確定了S-A湍流模型二階精度下的結(jié)果在本研究中的有效性較好。選取S-A模型對無限域中單槳葉的水動力性能進(jìn)行數(shù)值模擬，與水槽域的計算結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水槽域尺寸較小使得水槽的邊界條件對槳葉水動力性能計算結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。以無限水域為基準(zhǔn)，對三種排列方式的工況A、工況B和工況C下四種不同間距雙槳葉、工況A

3、下兩種不同間距的三槳葉和工況A下的四槳葉水動力性能進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　 結(jié)果表明，不同工況的雙槳葉研究中，1號位槳葉阻力隨攻角變化的趨勢與單槳葉一致，劃槳前半周期槳葉阻力隨攻角不斷增加而增加，直至槳葉與來流垂直位置時為最大值，劃槳后半周期槳葉阻力隨攻角增加而減小，而且三種工況下槳葉阻力均有不同程度的降低；2號位槳葉阻力隨攻角變化的趨勢與1號位槳葉正好相反，劃槳前半周期槳葉阻力隨攻角增加而減小，直至槳葉與來流垂直位置降低為最小值

4、，劃槳后半周期槳葉阻力隨攻角增加而不斷增加。兩槳葉升力隨攻角變化趨勢與單槳葉一致，劃槳前半周期隨攻角增加不斷減小，在劃槳后半周期隨攻角增加逐漸增加，方向相反；不同工況下2號位槳葉的升力比1號位小，間距越大，錯位距離越大，兩槳葉升力差距越小。與單槳葉阻力比較發(fā)現(xiàn)，改變兩槳葉間隔距離和排列工況時，兩槳葉阻力均有不同程度降低，且槳葉與來流垂直位置時下降最為嚴(yán)重。1號位槳葉阻力在不同間距和不同工況下阻力性能變化較小。2號位槳葉間隔距離、錯位程度

5、越小，槳葉阻力降低越厲害，工況A下阻力下降最嚴(yán)重，工況C下阻力隨攻角變化較小。文中還給出了雙槳葉周圍速度流場的速度矢量圖，從流場圖可以更清楚更細(xì)致地了解槳葉周圍流場特征。
　　 多槳葉水動力性能研究表明，多槳葉同時劃槳時，槳葉之間的相互干擾非常明顯，1號位槳葉阻力隨攻角變化曲線的趨勢與單槳葉的相似。2號位、3號位和4號位槳葉阻力隨攻角變化曲線的趨勢相似，與雙槳葉計算中的2號位槳葉阻力變化規(guī)律相似。與單槳葉阻力比較發(fā)現(xiàn)，2號位槳葉