圆柱形浮标运动计算和试验研究

摘要

浮标是发达国家观测和勘察海洋的重要工具。随着对海洋的逐步开发，拖曳浮标慢慢运用在工程实践中。圆柱绕流是个经典的力学问题，在工程中运用很广。因此，研究拖曳圆柱浮标运动姿态和流场在理论研究和工程实际运用方面都有很大的研究价值。本文在这方面做出了一些成果。
　　 本文使用FLUENT软件平台上的湍流模型，计算定常来流下不同攻角的单圆柱的水动力性能，通过对圆柱受力和力矩进行分析，在受力平衡和力矩平衡的限制条件下，最后得到圆柱在水下和水面运动的稳定状态。
　　 圆柱水下运动时，通过k-ε和Realizable k-ε 两个湍流模型分别计算圆柱绕流运动。计算结果说明通过Realizable k-ε计算的结果比k-ε大，但两个湍流模型计算的力矩平衡倾角与受力平衡倾角不同，计算结果存在一定误差。同时通过k-ε计算了二维圆柱水下绕流和三维圆柱水下绕流的情况，计算结果与经典文献的数据比较，发现k-ε模型在模拟二维圆柱水下流动时，误差小，而模拟三维圆柱水下流动，误差比较大。
　　 圆柱水上运动，FLUENT计算不同排水体积下圆柱受力平和力矩平衡倾角，通过倾角计算出浮标稳定的排水体积。说明本文提出的物理模型对于圆柱水上绕流有一定价值，计算方法需要根据试验数据不断修正和完善。
　　 拖曳浮标的缆绳断裂时，浮标会自由上浮。在浮标自由上浮试验的基础上，提出了一种换算浮标自由上浮试验的方法。换算结果通过与FLUENT计算的结果比较，误差不是很大。本文提出的方法具有可行性，需要根据浮标实尺自由上浮试验的数据完善。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

2 湍流计算的原理和方法

3 浮标水下湍流场数值模拟

4 圆柱水上湍流场数值模拟

5 圆柱浮标自由上浮试验研究

6 全文总结

参考文献

致 谢