Математическое моделирование движения подводного объекта на основе методов вычислительной гидродинамики.

• Автор: Никущенко, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 332 с. : 22 ил.

Содержание
Введение
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОДВОДНОГО ОБЪЕКТА
1Л. Маневренность подводного объекта
1.2. Влияние движителя на управляемость подводных объектов
1.3. Методы определения гидродинамических сил, действующих на подводные объекты при их криволинейном движении
1.3.1. Применение вихревых методов для расчета гидродинамических характеристик подводных объектов
1.3.2. Определение гидродинамических характеристик ПО на основе интегрирования уравнений динамики вязкой жидкости
Выводы по главе
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ДВИЖЕНИЯ МОРСКОГО ПОДВОДНОГО ОБЪЕКТА
2.1. Системы координат, используемые для решения задач динамики подводных объектов
2.2. Общая форма уравнений движения подводного объекта в связанной системе координат
2.3. Новая трактовка коэффициентов присоединенных масс для записи кинетической энергии подводного объекта
2.3.1. Кинетическая энергия корпуса подводного объекта как твердого тела
2.3.2. Учет инерционных свойств жидкости при движении в ней твердого тела

2.4. Уравнения движения подводного объекта, симметричного относительно диаметральной плоскости, на основе новой записи коэффициентов присоединенных масс
2.5. Силы и моменты неинерционной природы, действующие на ПО при его движении по криволинейной траектории
2.5.1. Гидродинамические силы и моменты
2.5.2. Силы и моменты, обусловленные действием движительно-рулевого комплекса
2.6. Источники погрешностей при расчетах динамики подводных объектов
2.7. К вопросу о потребной точности определения сил и моментов при расчетах динамики подводных объектов
Выводы по главе
ГЛАВА 3. МОДЕЛИ ВЯЗКОЙ И НЕВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В ЗАДАЧАХ ДИНАМИКИ ПОДВОДНОГО ОБЪЕКТА
3.1. Постановка задачи обтекания системы тел потоком невязкой жидкости
3.2. Метод дискретных вихревых особенностей
3.2.1. Метод дискретных вихрей
3.2.2. Постановка задачи пространственного обтекания замкнутого тела на основе метода ДВО
3.3. Основные уравнения динамики вязкой несжимаемой жидкости
3.4. Основные подходы к моделированию турбулентных течений
3.4.1. Метод прямого численного моделирования
3.4.2. Метод решения осредненных по времени уравнений Навье-Стокса
3.4.3. Метод крупных вихрей
3.5. Общая характеристика расчетного комплекса FLUENT®

3.5.1. Некоторые сведения о коммерческих расчетных комплексах
решения задач динамики вязкой жидкости
3.5.2. Основная система уравнений
3.5.3. Дискретизация уравнений движения вязкой жидкости
3.5.3.1. Метод конечных разностей
3.5.3.2. Метод конечных элементов
3.5.3.3. Метод контрольного объема
3.5.4. Схемы аппроксимации уравнений переноса
Выводы по главе
ГЛАВА 4. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ВИХРЕВОЙ ВЯЗКОСТИ НА ПРИМЕРЕ ПРОСТОГО ОТРЫВНОГО ТЕЧЕНИЯ
4.1. Реологические модели турбулентной вязкости
4.1.1. Алгебраические модели
4.1.2. Модели с одним дифференциальным уравнением
4.1.3. Модели с двумя уравнениями
4.1.4. Модели с большим количеством уравнений
4.2. Моделирование пристеночной области в диссипативных моделях
турбулентности на основе расчетного комплекса FLUENT
4.3. Сравнительный анализ двухпараметрических моделей турбулентной вязкости
4.4. Сравнительное исследование моделей турбулентности, реализованных в расчетном комплексе FLUENT
4.4.1. Вертикальное сечение в плоскости уступа
4.4.2. Вертикальные сечения за уступом
4.4.3. Горизонтальные сечения за уступом

булентности для исследуемого течения сам по себе становится предметом исследования;
- метод крупных вихрей (LES). При данном подходе напрямую разрешаются только вихри, масштабы которых соответствующие инерционному интервалу, влияние же мелких диссипативных вихрей учитывается в уравнениях движения с помощью дополнительных напряжений, рассчитываемых по зависимостям, строго полученным из теории локально изотропной турбулентности (закону Смагоринского). Таким образом, подход LES гораздо менее требователен к машинным ресурсам, чем DNS, однако потребные для него ресурсы все равно очень велики, что сильно ограничивает применение метода для решения практически важных задач;
- приближение пограничного слоя. Появление теории пограничного слоя в 1924-м году произвело в гидродинамике вязкой жидкости настоящую революцию, так как оказалось, что для широкого класса интересных прикладных задач при помощи параболических уравнений в частных производных можно получить великолепные аналитические, приближенные или численные решения. Методы интегральных соотношений, многопараметрические методы, методы асимптотических разложений — это лишь небольшая часть математических подходов, тесно связанных с решением задач о пограничном слое. Введение новых методов нередко оказывалось связанным с учетом новых физических эффектов или с внедрением технических новинок: диффузия, теплопередача, отсос или вдув и т. п. Такое важное понятие, как турбулентность, едва ли могло развиваться без представления о пограничном слое.
Приближение пограничного слоя, предложенное Л.Прандтлем [64], стало исторически первым подходом к определению ГДХ тел вращения на основе модели вязкой жидкости. Полноценное использование данного подхода к решению практических задач стало возможным только с появлением достаточно серьезной компьютерной техники. Применение теории погранич-