太陽能水下滑翔機器人載體的水動力計算

【摘要】：本文研究的太陽能水下滑翔機器人(Solar Underwater Glider),是一款新型觀測類水下航行器,其自身搭載的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可為長航提供動力。太陽能水下滑翔機器人具有作業(yè)范圍廣、連續(xù)作業(yè)時間長、能耗低等特點。水下航行器的水動力系數(shù)是衡量水下航行器操縱性能的重要指標,因此,獲取太陽能水下滑翔機器人的水動力系數(shù)具有重要意義。 首先,本文采用ANSYS CFX流體分析軟件對太陽能水下滑翔機器人進行了低速風(fēng)洞試驗數(shù)值模擬,并對所得位置力相關(guān)水動力數(shù)據(jù)進行MATLAB非線性擬合,獲得位置力相關(guān)水動力系數(shù),并通過對太陽能水下滑翔機器人的低速風(fēng)洞試驗數(shù)值模擬的后處理,分析了部分工況下太陽能水下滑翔機器人的表面壓力分布與變化情況,及其周圍水域流場的變化情況。 其次,本文對太陽能水下滑翔機器人進行了旋臂水池試驗數(shù)值模擬,并對所得旋轉(zhuǎn)力與耦合力相關(guān)水動力數(shù)據(jù)進行MATLAB非線性擬合,從而獲得太陽能水下滑翔機器人旋轉(zhuǎn)力與耦合力相關(guān)水動力系數(shù),并通過對太陽能水下滑翔機器人的旋臂水池試驗數(shù)值模擬的后處理,分析了部分工況下太陽能水下滑翔機器人的表面壓力分布與變化情況,及周圍水域流場的變化情況。 最后,本文采用在太陽能水下滑翔機器人的水域流場中添加附加動量源的方法,進行了太陽能水下滑翔機器人非穩(wěn)態(tài)試驗數(shù)值模擬,從而獲取太陽能水下滑翔機器人的慣性類水動力,并對所得水動力數(shù)據(jù)進行傅里葉變換,獲得了相關(guān)附加質(zhì)量。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 水下滑翔機器人 ICEM CFX 光伏系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• 英文摘要6-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 相關(guān)研究綜述10-16
• 1.2.1 水下滑翔機器人研究綜述10-13
• 1.2.2 水動力研究綜述13-16
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容16-17
• 第二章 粘性類水動力的基本理論和數(shù)值方法17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 CFD數(shù)值計算的基本原理17-21
• 2.2.1 控制方程18-19
• 2.2.2 湍流模型19-20
• 2.2.3 湍流模型的應(yīng)用20-21
• 2.3 CFD數(shù)值計算的基本流程21-28
• 2.3.1 流域參數(shù)設(shè)置21-22
• 2.3.2 網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置22-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 基于運動變換的粘性類水動力計算29-60
• 3.1 引言29
• 3.2 粘性類水動力概述29-32
• 3.2.1 粘性類水動力分類29-30
• 3.2.2 粘性類水動力的非線性表達30-31
• 3.2.3 粘性類水動力試驗研究方法31-32
• 3.3 基于旋轉(zhuǎn)坐標系的粘性類水動力計算32-35
• 3.3.1 位置力計算方法32-33
• 3.3.2 旋轉(zhuǎn)力和耦合力計算方法33-35
• 3.4 數(shù)值模擬仿真35-59
• 3.4.1 太陽能水下滑翔機器人模型參數(shù)35-36
• 3.4.2 低速風(fēng)洞試驗數(shù)值模擬36-44
• 3.4.3 旋臂水池試驗數(shù)值模擬44-59
• 3.5 本章小結(jié)59-60
• 第四章 基于附加動量源的慣性類水動力計算60-75
• 4.1 引言60
• 4.2 慣性類水動力概述60-63
• 4.2.1 慣性類水動力的理論表達60-61
• 4.2.2 附加質(zhì)量的理論表達61-63
• 4.3 太陽能水下滑翔機器人隨體坐標系下的N-S方程63-66
• 4.4 附加動量源66
• 4.5 慣性類水動力計算參數(shù)設(shè)置66-67
• 4.5.1 網(wǎng)格劃分與流域參數(shù)設(shè)置66-67
• 4.5.2 流域動量源參數(shù)設(shè)置67
• 4.6 太陽能水下滑翔機器人附加質(zhì)量計算67-74
• 4.6.1 附加質(zhì)量λ_(11)計算67-69
• 4.6.2 附加質(zhì)量λ_(22)計算69-70
• 4.6.3 附加質(zhì)量λ_(33)計算70-71
• 4.6.4 附加質(zhì)量λ_(55)計算71-73
• 4.6.5 附加質(zhì)量λ_(66)計算73-74
• 4.7 本章小結(jié)74-75
• 第五章 結(jié)論75-76
• 參考文獻76-79
• 在學(xué)研究成果79-80
• 致謝80

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