旋臂水池试验数值仿真影响因素分析.pdf

在进行旋臂水池试验的数值仿真分析时，必须考虑多种影响因素以确保仿真结果的准确性。以下将详细讨论这些影响因素及其对仿真精度的具体影响。 计算域的大小对仿真的影响至关重要。文章中提到，通过将整个环形计算区域分为内外两个同心的圆环，以降低网格数量。内外圆环分别对应静止区域和旋转区域，艇体处于旋转区域。通过调整旋转半径（如10m、13m、15m、20m和25m），研究发现，增大旋转半径对于主体和全附体的影响非常微弱，超过特征长度1倍时已经能够满足计算要求。这说明在一定范围内，计算域的大小对结果的影响有限。 边界层网格厚度是影响数值仿真的另一关键因素。通过在边界层附近划分棱柱层网格，并对翼、围壳、艇体周围等区域进行局部加密，可以确保在流体与固体表面相互作用的重要区域拥有足够的计算精度。这是确保仿真结果精确反映物理现象的重要手段。 再者，湍流模式的选择对仿真结果也存在明显影响。文章中使用了realizable k-ε和SST k-ω湍流模型进行对比分析，发现realizable k-ε模型得到的结果与试验结果更为接近，且模拟结果与试验值的误差基本在30%以内。这表明realizable k-ε模型更适用于该仿真场景。 此外，雷诺数的大小同样会影响仿真结果的准确性。雷诺数是描述流体流动状态的一个无量纲数，它关系到流体是处于层流状态还是湍流状态。在仿真过程中，雷诺数的选取需要与实际物理情况相匹配，以确保仿真的准确性。 文章还提到了多参考系法、动量源项法和滑移网格法这三种数值仿真方法。其中，滑移网格法采用瞬态模拟，理论上更接近物理实际，适用于需要考虑物体运动的仿真场景。 在进行数值仿真时，必须注意计算方法的选择。不可压缩黏性流体的连续性方程和RANS（雷诺平均Navier-Stokes）方程是模拟流体运动的基础。由于这些方程本身是不封闭的，需要通过湍流模型来补充关系使问题封闭。因此，选择合适的湍流模型是数值模拟中的一个关键步骤。 网格建模与生成也是一个需要重视的方面。采用非结构化网格划分方法能够更好地适应复杂的几何形状，并且对关键区域进行局部加密可以提高计算的精度。在本研究中，全附体计算时网格总数约为200万，这保证了仿真过程中能够详细地捕捉到流体的复杂流动。 对于旋臂水池试验的数值仿真，需要综合考虑计算域大小、边界层网格厚度、湍流模式、雷诺数等多方面因素，以确保仿真结果的高精度和可靠性。通过系统性的分析和细致的数值计算设置，可以为初期方案预选提供较为准确的数据支持，从而为水下潜器的设计研发提供有力的技术保障。