不同流速下浮子对立柱涡流运动的影响(附件)【字数：12365】
摘 要摘 要随着我们的生活水平不断的进步发展，需求量的增大让我们对海洋的探究越发的深入，其中海洋流中的多种优势使其成为最重要的海洋资源之一。在国外的震荡浮子式波浪能装置已经趋于成熟，而国内的研究尚处于初始阶段。我们所熟知很多因素会影响装置的效率转化，在此次研究中我们将对不同流速下浮子对立柱涡流运动的影响进行深度探究，主要通过测量不同流速下均匀流中有无浮子对立柱的横向力，表面压力，阻力升力等数据的整理分析以及对流场的测量，来体现不同流速时浮子对立柱涡流运动的影响.利用相似准则，按比例用模型代替实物制定实验方案，最后对比实验得到的数值和理论分析得出的数值，结果一致进一步验证了理论分析的正确性。论文的主要内容如下 1、通过对学校实验设备的接触运用，了解到实验仪器的组成，操作方式制定实验方案确立实验大纲开始进行实验。 2、在均匀流下测量5种流速下立柱有无浮子的各项受力情况，测量并记录，绘制曲线图像。3、Fluent软件数值模拟了在均匀流下立柱有无浮子的流场，工况与实验测量工况相同。4、数值模拟和实验模拟进行对比，验证正确性。 关键词均匀流;模型试验;不同流速;浮子
目 录
第一章 绪论 1
1.1 论文课题的研究背景及其意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 关于实验研究的发展概况 1
1.2.2 关于数值模拟的发展概况 4
1.3论文的主要工作 5
第二章 模型实验 6
2.1 概述 6
2.2 实验目的 6
2.3 实验方案 6
2.3.1 试验模型尺寸的确定 6
2.3.2 试验工况的确定 6
2.3.3 试验模型制作 8
2.4 试验设备仪器与工具 9
2.5 试验准备 10
2.6 试验步骤 12
2.7 试验结果 13
2.7.1 未加入浮子前的受力分析 13
2.7.1 加入浮子后的受力分析 19
2.7.1 浮子对立柱涡流运动影响分析 17
2.8 本章小结 17
第三章 数值模拟和实验的对比 20
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.1 概述 20
3.2 CFD基本理论和分析 20
3.2.1 Fluent软件介绍 20
3.2.2 Fluent在船舶CFD的应用现状 23
3.3 流场数值模拟 24
3.2.1 计算对象 24
3.2.2 设定计算区域 25
3.2.1 划分网格 26
3.2.2 设定边界条件 26
3.2.1 Fluent求解器设定及求解 26
3.2.2 计算结果及分析 27
3.4 数值模拟与实验的对比 34
3.5 本章小结 34
结语 35
参考文献 37
致谢 37
第一章 绪论
1.1论文课题的研究背景及其意义
巨大的潜力巨大的海洋资源，矿产资源，生物资源，水资源和各种能源和空间资源等，因此它成为人类经济发展和从事相应的科学和技术发展领域的重点。在世界经济总产值中的比重已超过了百分之十.而且这一比重还将继续变化。海洋是我们日常生活未来生活的重要部分，而其所可能衍生出的风暴潮，巨浪，海冰，海地地震及海啸，赤潮，海上溢油，海洋侵蚀，海拔增高等等。因此大家必须在未来获得更好的生活以及应对自然的防灾能力的建设及研究。
我们的生活离不开大海，它所孕育的资源一切都是我们一步一步探索的根源，在这日趋乐毅，空前繁荣的新时代。所有这些开发利用及防护都离不开海洋工程设施和相关的及时装备设施，由于开发利用的内涵与目的结果差异巨大，所采用的工程设施和技术装备也千差各异。随着人类向海洋进军的深度与广度的不断更新，海洋经济的门类已经遍布人类经济生活的各个领域，他们需要有不同类型的海洋工程和相关装备作为技术的支撑。
随着海洋工程的发展，实际情况更加复杂困难，实验室的实验虽然需要更多的付出但仍有其价值，不单单能得到有用的数据，更在于通过实验分析对流体运动更深入了解，发掘其中的价值。
1.2 国外研究现状
1.2.1 关于实验研究的发展概况
通过书本上的内容我们知道，对于小直径立柱的计算我们使用的是Morison方程。莫里森认为波浪对柱体的作用主要是粘滞效应和附加质量效应引起。他的中心思想是把波浪力分成惯性力和阻力，他把惯性力与阻力之和算作横向力，即：
11
在计算柱状体上的波浪作用力（顺向波浪力及横向力）时需要确定拖曳力系数 、惯性力系数 以及升力系数 ，对于莫里森方程进行波浪力的计算，我们需要认真的选取正确的系数。要确定水动力系数，首先，我们需要获得的实验数据（通常是波浪力和速度随时间曲线），然后用不同的方法来获得这些系数，通过研究不同的方法，我们最终可以整合确定出水动力系数。
确定水动力系数的实验有：
（1）在大型的U管中生成振荡流，该流为正弦，记录圆柱体受力及流体速度随时间的变化。
（2）向静水中的圆柱体施加一个强迫振动。
（3）在水槽里经行规则波实验。
通过实验获得数据，这些数据为作用在立柱上的波浪力以及量测或计算得到的速度、加速度随着时间变化的曲线。我们在得到这些数据后，我们就可以采用合适的方法来估算得到水动力系数。
Sarpkaya在U形管中做实验，他在实验中发现了KC数，与雷诺数和三大系数有着相应的变化关系。光华圆柱体的三大系数受着Re数和KC数的影响。而对于粗糙的立柱而言，系数值之间的相互影响有了一定的改变，当到达某一特定情况下，三大系数几乎不受雷诺数的影响，只受KC数与粗糙程度的影响。Sarpkaya 在实验中测出了各项同KC数存在的关系。
任佐皋根据实际测量，在最大的波流拟合下，其中，最佳阻力系数 Cd =1.22，惯性力系数 Cm =2.24 。
钟声扬等专家通过在开敝吸式风浪水槽中进行模拟实验，研究得出垂直立柱的波浪载荷在线性波和强制波下有很大变化。数据显示说明了线性波作用下的力小于强制波作用下的力。他们通过对此研究，并且给出了 范围内 的试验值。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 论文课题的研究背景及其意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 关于实验研究的发展概况 1
1.2.2 关于数值模拟的发展概况 4
1.3论文的主要工作 5
第二章 模型实验 6
2.1 概述 6
2.2 实验目的 6
2.3 实验方案 6
2.3.1 试验模型尺寸的确定 6
2.3.2 试验工况的确定 6
2.3.3 试验模型制作 8
2.4 试验设备仪器与工具 9
2.5 试验准备 10
2.6 试验步骤 12
2.7 试验结果 13
2.7.1 未加入浮子前的受力分析 13
2.7.1 加入浮子后的受力分析 19
2.7.1 浮子对立柱涡流运动影响分析 17
2.8 本章小结 17
第三章 数值模拟和实验的对比 20
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.1 概述 20
3.2 CFD基本理论和分析 20
3.2.1 Fluent软件介绍 20
3.2.2 Fluent在船舶CFD的应用现状 23
3.3 流场数值模拟 24
3.2.1 计算对象 24
3.2.2 设定计算区域 25
3.2.1 划分网格 26
3.2.2 设定边界条件 26
3.2.1 Fluent求解器设定及求解 26
3.2.2 计算结果及分析 27
3.4 数值模拟与实验的对比 34
3.5 本章小结 34
结语 35
参考文献 37
致谢 37
第一章 绪论
1.1论文课题的研究背景及其意义
巨大的潜力巨大的海洋资源，矿产资源，生物资源，水资源和各种能源和空间资源等，因此它成为人类经济发展和从事相应的科学和技术发展领域的重点。在世界经济总产值中的比重已超过了百分之十.而且这一比重还将继续变化。海洋是我们日常生活未来生活的重要部分，而其所可能衍生出的风暴潮，巨浪，海冰，海地地震及海啸，赤潮，海上溢油，海洋侵蚀，海拔增高等等。因此大家必须在未来获得更好的生活以及应对自然的防灾能力的建设及研究。
我们的生活离不开大海，它所孕育的资源一切都是我们一步一步探索的根源，在这日趋乐毅，空前繁荣的新时代。所有这些开发利用及防护都离不开海洋工程设施和相关的及时装备设施，由于开发利用的内涵与目的结果差异巨大，所采用的工程设施和技术装备也千差各异。随着人类向海洋进军的深度与广度的不断更新，海洋经济的门类已经遍布人类经济生活的各个领域，他们需要有不同类型的海洋工程和相关装备作为技术的支撑。
随着海洋工程的发展，实际情况更加复杂困难，实验室的实验虽然需要更多的付出但仍有其价值，不单单能得到有用的数据，更在于通过实验分析对流体运动更深入了解，发掘其中的价值。
1.2 国外研究现状
1.2.1 关于实验研究的发展概况
通过书本上的内容我们知道，对于小直径立柱的计算我们使用的是Morison方程。莫里森认为波浪对柱体的作用主要是粘滞效应和附加质量效应引起。他的中心思想是把波浪力分成惯性力和阻力，他把惯性力与阻力之和算作横向力，即：
11
在计算柱状体上的波浪作用力（顺向波浪力及横向力）时需要确定拖曳力系数 、惯性力系数 以及升力系数 ，对于莫里森方程进行波浪力的计算，我们需要认真的选取正确的系数。要确定水动力系数，首先，我们需要获得的实验数据（通常是波浪力和速度随时间曲线），然后用不同的方法来获得这些系数，通过研究不同的方法，我们最终可以整合确定出水动力系数。
确定水动力系数的实验有：
（1）在大型的U管中生成振荡流，该流为正弦，记录圆柱体受力及流体速度随时间的变化。
（2）向静水中的圆柱体施加一个强迫振动。
（3）在水槽里经行规则波实验。
通过实验获得数据，这些数据为作用在立柱上的波浪力以及量测或计算得到的速度、加速度随着时间变化的曲线。我们在得到这些数据后，我们就可以采用合适的方法来估算得到水动力系数。
Sarpkaya在U形管中做实验，他在实验中发现了KC数，与雷诺数和三大系数有着相应的变化关系。光华圆柱体的三大系数受着Re数和KC数的影响。而对于粗糙的立柱而言，系数值之间的相互影响有了一定的改变，当到达某一特定情况下，三大系数几乎不受雷诺数的影响，只受KC数与粗糙程度的影响。Sarpkaya 在实验中测出了各项同KC数存在的关系。
任佐皋根据实际测量，在最大的波流拟合下，其中，最佳阻力系数 Cd =1.22，惯性力系数 Cm =2.24 。
钟声扬等专家通过在开敝吸式风浪水槽中进行模拟实验，研究得出垂直立柱的波浪载荷在线性波和强制波下有很大变化。数据显示说明了线性波作用下的力小于强制波作用下的力。他们通过对此研究，并且给出了 范围内 的试验值。
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