三维摆动水翼的流体力学特性及其尾涡效应

该篇研究论文《三维摆动水翼仿生推进水动力分析》由胡健、赵旺和王子斌三位作者在哈尔滨工程大学船舶工程学院完成，发表于《海洋工程》杂志。研究的核心目标是深入探讨三维摆动水翼在运动过程中表面压力分布及其对流场的影响。选择NACA翼型（一种经典的空气动力学翼型）和展弦比为1.5的NACA0012翼型作为研究对象，利用计算流体力学（CFD）方法进行详尽的数值模拟。 论文首先明确了计算域的划分策略，将整个区域分为三个部分：包含摆动水翼的运动区域，这部分负责捕捉水翼的实际运动状态；包含水翼尾流场的区域，用于模拟水翼运动对周围流体产生的影响；以及一个静止域，保持在不随水翼动作而变化的背景。采用高精度的网格划分，针对每个区域采用不同的条件进行离散，确保了数值模拟的准确性。离散方程的求解采用k-ω湍流模型，这是一种广泛应用于CFD的 turbulence models，它能够有效处理流体中的乱流现象。 论文特别关注了斯特罗哈尔数(St)，这是一种衡量物体在流体中振动频率与流速之比的重要参数，对于理解摆动水翼的动力性能至关重要。通过对不同St值下的水翼推力、升力和力矩的分析，研究人员揭示了这些参数随St变化的规律，以及它们如何影响水翼的运动效率。 此外，论文还深入剖析了流场中的速度和压力分布，特别是对尾涡产生的机制进行了深入研究。尾涡是摆动水翼工作过程中的关键特征，其形成和消失直接影响水翼的性能和能量转换效率。通过数值结果的分析，研究人员希望能够揭示尾涡的形成规律，为优化水翼设计提供理论依据。 本文的关键词包括“摆动水翼”、“三维”、“斯特罗哈尔数”、“尾涡”、“NACA0012”、“重叠网格”和“计算流体力学”，全面概括了论文的核心内容。这篇研究不仅在理论上具有重要价值，也为未来水下推进系统的设计提供了实证数据支持。这篇论文在船舶与海洋工程领域内，尤其是在推进系统的仿真分析方面，贡献了一项重要的研究成果。