全地形车水上运行绕流场的模拟分析

分类号U469.6+93单位代码10618密级学号10923024硕士学位论文论文题目：全地形车水上运行绕流场的模拟分析SimulationandAnalysisofFlowFieldaroundanATVRunningonwater研究生姓名：黄云力导师姓名、职称：杜子学教授申请学位门类：工学专业名称：车辆工程论文答辩日期：2012年4月10日学位授予单位：重庆交通大学答辩委员会主席：胡可钊评阅人：胡可钊杨林2012年4月重庆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：日期：年月日重庆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。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部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。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日…………………………………………………………………………………………………本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布，并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要全地形车是一种具有广泛实际用途的水陆两用车。水上运行时其水动力性能是评价全地形车综合性能的重要指标之一。因此，对全地形车水上运行绕流场的分析至关重要。本论文以某全地形车为研究对象，对水上航行时的全地形车车体进行了受力分析，分析得到其水阻力成分主要包括形状阻力、摩擦阻力和兴波阻力；运用计算流体力学软件建立了全地形车绕流场CFD分析模型，并选择采用定常不可压缩流体模型、SSTK-Omega湍流模型和气水两相流VOF模型，对全地形车带浮筒和不带浮筒两种情况下水上运行时，计及自由液面的绕流场进行了模拟计算，得到了绕流场的阻力值、速度分布、压强分布和自由液面波形等流场特性；运用船舶阻力理论、兴波阻力理论和数值模拟方法对全地形车水上运行时的兴波阻力进行了模拟计算，计算时假定不计及自由液面的绕流场水阻力成分中的压差阻力值等于计及自由液面的绕流场水阻力成分中的形状阻力值，从而间接计算出兴波阻力，为全地形车的兴波阻力计算提供了一种参考方法。最后，通过对全地形车绕流场的数值模拟计算和压力场、速度场及自由液面等流场特征的分析，对全地形车绕流场形态进行相关评价。以上研究工作对改善现有全地形车水上性能和研制新型全地形车具有一定的工程应用价值。关键词：全地形车；绕流场；数值模拟；ABSTRACTAll-terrainvehicle(ATV)isaamphibiouscarwhichhasextensivepracticalapplications.Theconditionoftheirhydrodynamicpropertiesisasignificantindicatoroftheiroverallperformance.Therefore,theanalysisoftheirambientflowfieldinaquaticmediumisparticularlyimportant.ThispaperanalyzedthestressstateofanATVtravellingonwater,toknowthatthecompositionofthewaterresistanceincludeshaperesistance,frictionalresistanceandwave-makingresistance.ItdevelopedCFDanalysismodeloftheATVbyfluidcalculationsoftwareandobtainedtheresistancevalueoftheambientfluidfield,thevelocitydistribution,thepressuredistribution,andthefreesurfacewavesbysimulativecalculationoftheambientfluidfieldbothwithandwithoutbuoysreferringtotheconstantincompressiblefluidmodel,SSTK-Omegaturbulentmodelsandthegas-liquidtwo-phaseVOFmodel;Itobtainedindirectlythewave-makingresistanceontheassumptionthatthevalueofpressureresistancebysimulativecalculationoftheambientfluidfieldwithouttheconsiderationofthefreesurfaceequalsthevalueofshaperesistancebysimulativecalculationoftheambientflowfieldwiththeconsiderationofthefreesurfacebyshipresistancetheory,wave-makingresistancetheoryandnumericalsimulationmethodsandprovidesareferenceforcalculatingthewave-makingresistanceofATV.Finally,itevaluatedthefluidfieldmorphologyoftheATVbycalculatethenumericalsimulationoffluidfieldoftheATVandanalysisthefluidfieldcharacteristicsofthepressurefield,velocityfieldandfreesurface.TheresearchinthethesiscanfindsomemechanicalapplicationforimprovingtheaquaticpropertiesonthepresentATVsanddevelopingnewtypeATV.KEYWORDS：All-terrainvehicle(ATV)；ambientflowfield；Numericalsimulation.目录第一章绪论.............................................11.1研究背景及意义...............................................11.2国内外研究现状...............................................41.2.1国外研究现状...........................................41.2.2国内研究现状...........................................51.3本文主要研究内容.............................................6第二章水阻力计算理论基础................................72.1流场基本控制方程.............................................72.1.1质量守恒方程...........................................72.1.2动量守恒方程...........................................72.1.3能量守恒方程...........................................82.1.4控制方程的通用形式.....................................92.2湍流模型.....................................................92.2.1湍流特征...............................................92.2.1湍流模型的选取........................................102.3运动界面追踪...............................................142.3.1VOF模型..............................................142.3.2气水两相流VOF模型....................................152.4CFD常用数值离散方法........................................162.5湍流数值计算的主要方法.....................................19第三章全地形车水上行驶阻力模拟分析.....................213.1全地形车水阻力分析..........................................213.1.1全地形车水上运行受力分析..............................213.1.2阻力成分及分析........................................223.2数学模型建立................................................253.3CFD分析模型建立............................................273.3.1CAD模型建立..........................................273.3.2有限元模型建立........................................273.4全地形车水阻力数值计算及分析...............................313.4.1行驶阻力、浮力及阻力系数计算结果......................313.4.2全地形车压力场分析....................................313.4.3全地形车速度场分析....................................343.4.4全地形车自由液面波形分析..............................38第四章全地形车兴波阻力的计算及分析.....................414.1兴波阻力理论的发展现状.....................................414.2定常和非定常兴波理论公式...................................434.2.1定常兴波理论公式......................................434.2.2非定常兴波理论公式....................................464.3全地形车兴波阻力数值计算及分析...........................