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楔形體入波浪水面數值模擬
關鍵詞：楔形體 有限體積法 整體動網格法 速度入口造波法 波浪水面
摘要：數值模擬分析楔形體入波浪水面流體力學現象和運動姿態變化歷程,為水上飛機在波浪水面起降提供技術和理論支持。基于有限體積法求解非定常雷諾平均Navier-Stokes(URANS)方程和SSTk-ω湍流模型,結合整體動網格法的速度入口造波方法、阻尼消波法和流體體積(VOF)液面捕捉技術構造數值波浪水池,耦合三/六自由度模型,實現楔形體入線性規則波和不規則波的數值模擬。在楔形體入靜水面算例驗證的基礎上,詳細研究二維楔形體在線性規則波波峰、波谷、平衡位置-上行速度和下行速度處入水過程的受力特性和運動姿態變化。結果表明:速度入口造波方法的波浪數值解與理論解析解較吻合,偏差為1%;在二維楔形體入規則波過程中,楔形體所受垂向力和垂向速度變化趨勢相同,對橫向位移影響較小,其數值變化少于0.01;在平衡位置入水過程中,模型的滾轉角和橫向速度變化明顯,其數值變化約為波峰、波谷位置處的8倍和10倍。分析原因:平衡位置處波浪內流速度變化較快,模型所受波浪力沖量較大,且楔形體兩側斜邊與波浪的相互作用力也參與到模型的運動中。數值模擬二維楔形體在線性不規則波5個隨機時間點入水及三維楔形體在波峰、平衡位置-上行速度處入水過程,其變化規律及形成原因與入規則波相似。
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