低速风洞流场数值模拟与优化设计-船舶与海洋工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成 果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名: 刊锁 日期:如) 年》月〉。日 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 必威体育官网网址口，在一一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 ， 不必威体育官网网址囚。 (请在以上方框内打 .J) 学位论文作者签名: { 碳 指导教师签名 :(%fr41d) 日期:ìo13 年二月如日 日期:2J13年二月二D 日 2 万方数据 万方数据 低速风洞流场数值模拟与优化设计 摘 要 风洞循环水槽是上海交通大学船舶海洋工程国家实验室的重要实验设备之 一，能形成风、浪及分层流环境，可以观察测量船舶与海洋工程结构物流体动力 性能。装置主要分为低速风洞和循环水槽两部分，风洞具有大小两个试验段。由 于该实验设施具有极大的独特性，因此在设计上存在诸多难点。针对风洞设计过 程中遇到的各种问题，本文采用 CFD 方法进行了一系列探索。 现阶段风洞的气动设计主要依靠经验公式。随着 CFD 技术的快速发展，该 方法已开始用于风洞试验结果对比及流动机理解释等方面，计算风工程（数值风 洞）的研究与应用也取得了很大的进展，但将 CFD 运用于风洞气动设计的案例 还非常少，且仅限于局部辅助设计。尽管现阶段风洞设计无法完全依靠 CFD 数 值模拟，但是完全计入各项因素的影响，对风洞内流场进行准确地数值模拟具有 非常重要的意义。 本文在国内外学者的研究基础上进行了进一步探索，充分考虑各种因素对上 海交通大学多功能低速风洞进行了整体数值模拟。建模计算首次全面包含了风洞 内部影响流场指标的各要素，如蜂窝器、阻尼网，实体风扇等，因而更加精细地 再现了风洞的内部流场。数值模拟预报了各部段的压力损失、流量和风扇功率。 数值计算和经验设计法的结果基本一致，计算结果再现了风洞内部的局部流动分 离现象。此外本文对地基沉降差造成的风洞同轴度下降引起的流场品质变化进行 了定量分析。 本文在体积力法代替风扇进行风洞整体数值模拟方面进行了一定的探索，研 究表明在合理确定各参数以后，体积力方法能够代替风扇进行整体数值研究。采 用体积力方法以后能够极大地减少风扇段建模的复杂度。另外，体积力法在确定 风洞整体损失系数方面有着独特的优势，能够为风洞设计者提供更准确的设计信 息。 风洞试验段流场品质是风洞设计的一个关键指标。而根据风洞的设计特点， 如何保证大试验段的流场品质成为关键问题之一。为了使大试验段的气流尽量均 匀，本文采用简约策略后，运用优化软件 iSIGHT 集成 GAMBIT 和 FLUENT 两 个 CFD 计算有关的软件，进行优化策略组合，对隔板数量、稳定段尺寸、导流 片尺寸等设计参数进行了优化设计，得到最优解并加以验证。 本文的研究结果对于风洞的设计具有参考意义。后续的研究结果还可以进一 I 步提高模拟的精度，提高优化设计的可靠性，使其具备更显著的实用性。 关键词：低速风洞，数值模拟，流场品质，优化设计 II Numerical Simulation of Low Speed Wind Tunnel and CFD-Based Optimal Design ABSTRACT Wind Tunnel-Circulating Water Channel(CWC) is one of important facilities in State Key Laboratory of Ocean Engineering, Shanghai Jiaotong University. CWC can simulate different environment conditions, such as wind, wave, stratified flow, predict the hydrodynamic performance of naval architecture and ocean structure. CWC is made up of low-speed wind tunnel and circulating wa