海洋內(nèi)孤立波與水下潛器相互作用研究.pdf

1、海洋內(nèi)部的強(qiáng)非線性內(nèi)孤立波能對跨越密度躍層的水下潛器產(chǎn)生剪切作用，嚴(yán)重影響水下潛器的安全性。海洋內(nèi)孤立波環(huán)境與潛器相互作用問題已成為熱點(diǎn)研究。本文基于商用軟件ANSYS15.0，依據(jù)KdV、eKdV和mKdV三類內(nèi)孤立波理論計(jì)算速度入口，建立了兩層流體中內(nèi)孤立波與水下潛器相互作用的數(shù)值模擬方法。在系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，圍繞內(nèi)孤立波與水下潛器相互作用的載荷與響應(yīng)問題展開了以下工作：
　?。?）簡要介紹了三種內(nèi)孤立波理論，

2、并對數(shù)值模擬方法和動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)等CFD數(shù)值模擬相關(guān)知識進(jìn)行了系統(tǒng)的說明。
　?。?）根據(jù)內(nèi)孤立波的三類理論，以RANS方程為控制方程，結(jié)合VOF方法，采用速度入口造波方式，建立了二維及三維上凸型與下凹型內(nèi)孤立波數(shù)值水池，并將數(shù)值結(jié)果與對應(yīng)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比，驗(yàn)證了造波方法的可行性，并對內(nèi)孤立波的流場特性進(jìn)行了分析。
　?。?）在建立了可行內(nèi)孤立波數(shù)值水池的基礎(chǔ)上，研究了內(nèi)孤立波與固定潛器相互作用時(shí)的載荷特性。計(jì)算分析了內(nèi)

3、孤立波作用下潛器的無因次水平力、垂向力和力矩的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，潛器的受力變化規(guī)律與潛器的潛深、內(nèi)孤立波波幅、上下層水深比和內(nèi)孤立波類型有關(guān)。最后對兩類內(nèi)孤立波作用下，潛器穿越內(nèi)孤立波時(shí)的波面變化及潛器表面壓強(qiáng)進(jìn)行了分析。
　?。?）利用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，在數(shù)值模擬懸浮潛器與內(nèi)孤立波相互作用的三自由度運(yùn)動(dòng)響應(yīng)問題上取得了突破。分析了潛器在三種潛深下的垂蕩、縱蕩和縱搖情況以及潛器的運(yùn)動(dòng)軌跡與內(nèi)孤立波內(nèi)部流場的關(guān)系，并將其受力情況與固定情