Реферати українською » Физика » Гідродінамічне глісування


Реферат Гідродінамічне глісування

Страница 1 из 3 | Следующая страница

>Курсова робота

Тема:Гідродинамічнеглісування

 


>Зміст

>Вступ

1Першігідродинамічнітеоріїглісування

1.1Динамічнапідйомна сила

1.2Методиоцінкигідродинамічних сил

1.3Двовимірнатеоріяглісування

2Впливформипрофілю навирішенняосновнихгідродинамічних завдань

3Комп’ютерніметодивизначеннягідродинамічних характеристикглісуючого комплексу

4Основнігідродинамічні характеристики

4.1Додатковийопір

4.2Максимальна осаду судна

5Режимиглісуваннягідролітаків

6Досягненнявисокихшвидкостей суден шляхомзастосуванняпідводнихкрил

7Теоріїдослідженнявисокошвидкісних суден

8Розподіленергії тавикористанняенергіїхвиль

>Висновок

>Перелікпосилань


>Вступ

 

Усучаснихумовахіснуваннялюдствозіткнулося ізвеличезноюпроблемою –екологічною. Проблемаекологічноїкатастрофи уже непросто неприваблива перспектива, а реальназагроза, що зависла над всімживим.Ця проблемапроявляється в двохважливих аспектах:по-перше,цезабрудненнянавколишньогосередовищапромисловими,транспортнимивикидами,по-друге,вичерпністьресурсівпланети, в основномупаливнихресурсів.Особливогостроця проблемастоїть венергетиці татранспорті,оскількисаме вцихгалузях активновикористовуютьсяпаливніресурсипланети. При їхньогоспалюванніутворюютьсяшкідливівикиди, котріпотрапляють уповітря, воду,ґрунт, йцим самимзабруднюютьсередовищенашогоіснування. Одним ізрішеннямцієїпроблемиєстворенняекологічночистихдвигунів, новихекономічнихтипіврушіїв, атакожвикористанняальтернативнихджереленергії.Вартопригадатиприслів’я: „Суто не там деприбирають, в якому було де несмітять”. Томувикористанняекологічно-чистихджереленергіїзавжди якщозайматипровіднемісце вгалузіенергетики. Увсьому світі активнопроводятьсядослідження поможливостівикористанняальтернативнихджереленергії -сонячної,енергіївітру,морськиххвиль таін.

Проблемаекономіїпалива тавикористанняальтернативнихджереленергії особливо актуальна для транспорту,зокрема водного. Тутособливу рольграєвикористанняенергіїхвиль, якдодатковогоджерела тяги вумовах природногохвилювання йвикористання (>регенерації)хвильовоїенергії прирусі вхвильовомусліді.

Судно,призначене дляплавання вморських чиозернихбасейнах,значнучастинусвоєїдіяльності здійснюватиумовахбільшого чименшогохвилювання.Хвилюванняпредставляє собою одну із форм переносумеханічноїенергії, запасякої практичноневичерпний.Наприклад, для суднадовжиною м, нахвилі,довжинаякоїдорівнює м йамплітуда м,безперервнопротікаєпотікенергії попотужностірівнійневеликійпромисловійелектростанції.Необхіднохоча бчастинуцієїенергіїпередати судну. Для цогонеобхідно забезпечититакуконструкцію дна судна, приякійопір води був бімінімальний арегенераціяхвильовоїенергії максимальна.

>Практичнареалізація принципурегенерації йвикористанняенергіїзалежить відрозв’язаннябагатьохтеоретичних йтехнічних завдань – відстворенняаналітичнихприладів, котрі оперативнореєструютьпараметрихвилі, до системавтоматичногокеруванняроботою комплексу. Однакголовноюзалишаєтьсятеоретична завданнявизначення всіхгідромеханічнихпараметрів прирусіглісуючого комплексу.

>Данітеоретичнихдослідженьгідродинамічних характеристикглісування систем пластинтакожнеобхідні приконструюваннішвидкихбагатореданних суден, системзлету та посадкигідролітаків,вивчення тапрогнозуваннярежимівбуксирування суден,вантажних платформ таін.


1Першігідродинамічнітеоріїглісування

 

1.1Динамічнапідйомна сила

 

>Першіспробинауковоговивченняглісуваннявідносяться доперіоду 1912-1914 років,однаксерйознийрозвитокцихробітпочався ізкінця 20-х та початку 30-х років.

>Розробкатеоріїглісування, Яка далапоясненняфізичнійсутімеханізмуглісування й дозволялаотриматицілий рядважливих з висновками такількіснихспіввідношень, бувзакінчена в 1931році.

>Цятеоріявстановиланаступнийпогляд наявищеглісування та на йогоголовнуособливість –виникненнядинамічноїпідйомноїсили.

Прирусіповерхніглісера, установленої подмалимкутом до напрямі руху,маси водивідтісняються нею донизу та всторони. Дляподоланняінерції, Яка забезпечувати рухмаси води, винна бутиприкладена сила, спрямована убікприскоренняцих мас, але вглісуючійповерхнівиникаєрівнаїй йпротилежно спрямованареакція.Вертикальнаскладовацієїреакціїуявляєдинамічнупідйомну силу. Розмірцієїсиливизначаєтьсяпроекцією на вертикаль векторукількості руху мас води, котріщосекундистворюються.

Зцихосновнихуявленьбезпосередньовитікає, що принезміннійформі йположеннюглісуючоїповерхнідинамічнапідйомна сила винназростатизізростаннямшвидкості.Теоріяглісуваннявраховуєтакож йгідростатичнісили, котрівідбуваютьсявнаслідоквагомості води;рівнодіючацих силпредставляєстатичнупідйомну силу, йдіяїїскладається іздієюдинамічноїсили.

Основилінійноїтеоріїглісування поповерхніневагомоїрідинизакладені Р. Вагнером.Вонивикладені в йогостаттях [1],опублікованих в 1930-32 рр. Вагнер показавши, що восновнійобластінижньоїчастиникрила йглісуючоїпластини прималихкутах a (практично до a =8 10°)розподілшвидкості йтискуоднаковий. Областьбризкоутвореннявідіграєнезначну роль уформуваннірезультуючої силтиску, котрідіють на пластину, томуглісуюча пластинавідчуваєтаку ж силу, якнижнячастинакрила.Данийвисновокслугує базою для переносубагатьохрезультатів,отриманих втеоріїкрила, до областідослідженьглісуючихповерхонь.

ДляоцінкипідйомноїсилиRy та опоруRx , котрідіють наодиницюшириниплоскої числабкозігнутоїглісуючоїпластининескінченногорозмаху вневагомійнев’язкійрідині,справедливінаступніформули:

,  (1)

,  (2)

де l –змоченадовжинапластини,ес –стрілкапрогину.Згідноформулі (1)поздовжнійпрогинпластиниможечинитиістотнийвплив напідйомну силу,причомудія йогоеквівалентнавідповіднійзмінікута атаки a .

>Рішеннязадачі проглісуванняпластини наповерхніважкоїрідинивпершевдалосяотримати Л. І.Сєдову в 1936 р. Завданняставилася яклінійна, кут атакивважавсямалим,граничніумови напластині йвільнійповерхнізносилися навідрізкигоризонтальноїосі ОХ.Дослідженняглісуванняслабкозігнутого контуру поповерхніважкоїрідинизводиться довизначенняпотенціалушвидкостізбуреноїтечії, котравідповідаєумовіпостійностітиску навільнійповерхні,непротікання наконтурі,відсутностівільниххвиль далекопопередуконтурівикликанихшвидкостей нанескінченновеликійглибині [2].

Приглісуванніпластини поповерхніважкоїрідинипідйомна силаможе бутивизначена поформулі Л. І.Сєдова:


, (3)

.

як видно із ставлення (3),впливвагомостірідинипроявляється узменшенніпідйомноїсили.Зізростаннямшвидкості (>Fr ®) формула (3) переходити у формулу (1).Чисельнірозрахунки,проведені Ю. З.Чаплигіним, показали, щорезультатитеоріїглісування поповерхніневагомоїрідини йтеоріїглісування поповерхніважкоїрідиниповністюспівпадають при числахFr 4,25.

Наступного дняплоскінелінійнізадачітеоріїглісуваннярозглядаються увідповідності ізнаступноюсхемою:потік,якийнабігає на пластину,розміщену поддовільнимкутом атаки повідношенню до напрямішвидкості нанескінченності,роздвоюється –основна йогочастина проходити подпластиною, апротилежному напрямівздовжпластинитечеструмінькінцевоїтовщини.Змоченадовжинапластини незадається, авизначається впроцесірішення.Рішеннязводиться дознаходженнякомплексноїхарактеристичноїфункції йвикликаноїкомплексноїшвидкості йздійснюється шляхомконформноговідображенняобластітечії наяку-небудь область ізвідомими межами,наприкладпівколо чипівплощина.

Рухрідиниумовнорозбивається надвіобласті:внутрішню –поблизупластини йзовнішню –удалині віднеї. Укожній ізцих областейбудуються своїасимптотичнірозклади.

Увнутрішнійобласті, депереважаютьінерційнісили надвагомістю,використовуєтьсярозглянутевищекласичнерішенняплоскоїнелінійноїзадачі. Уякостірішень длязовнішньоїобласті, депереважаєвпливвагомості,використовуєтьсярішеннязадачі програвітаційніхвилі,викликанівихреджерелом,якийрухається повільнійповерхні.Післяоб’єднанняобохрозкладів попевним правилам вобласті “>загальноїпридатності”отримуєтьсярівномірнопридатне увсьомупотоці,єдинерішеннязадачі. Утакійпостановці кут атакинеобмежений, йможе бутизаданоюглибиназанурення.

 

1.2Методиоцінкигідродинамічних сил

 

До 1960-хтеоретичнідослідженняпроблемиглісування булизведеніголовним чином долінеаризованогодвовимірногоглісування (>Ламб 1932,Грін 1936,Маріо 1951,Сквайр 1957,Кумбербатч 1958).Підходи,застосовані вцихвивченнях булиподібні,тобто,невідомийрозподілтиску наглісуючійповерхнізв’язувався ізїїгеометрієюінтегральнимрівнянням, але йметоди дляоцінкиінтегралудужерізноманітні.Тривимірноїзадачеюглісуваннязаймалися в1960-их, але йзавжди ізобмеженнями чи вшвидкостіглісування, чи ввідносномуподовженніглісуючоїповерхні (>Маріо 1967, Ванг таРісмей 1971,Шен таОгільві 1972, Так 1975).Докторс (1975) бувпершим ввивченнітривимірногоглісування безцихобмежень. [3] У йогопідході, булиприйнятікінцевіелементитиску у тому,щобпредставлятизмоченіобластіглісуючоїповерхні, а й уповторюванійпроцедурі,змочена область бувпристосована так,щобзадовольнитиумову Кута длязадньої крайки до тихийпірпоки воннарештідосягнепостійногозначення. Алірозподілитиску,отримані таким чином були сильноосцилюючі.Веліком таДжахангір (1978) йпізнішеТонг (1989) поставилизмочену областьзаздалегідь,потімобчислилирозподілтиску та формутранцю.Коливаннятиску, котрівідкривДокторс,уникались коли числобатокса було б не понадп’яти чи шести, віншомувипадку смердоті всещевідбувалися б.Вважалось, що причина такихколивань був врозривахтиску набокових граняхпостійногоелементутиску,якийвикористовувався, длязбудженнявисоко-нерегулярногопідйомувільноїповерхні вобластібілябокових граней й їхньогопотоків, йотже вноситивеликісумніви вумовуграниці корпусу.

УроботіЧенга-Велькома [4]запропоновано метод дляоцінкигідродинамічних сил наглісуючомусудні безобмежень навідноснеподовження ташвидкостіглісування.Авторивикористалипоперечнісмугизмінноготиску дляпредставленняглісуючого корпусу длявирішенняпроблеминеоднорідностітиску набокових гранях, таким чином можнауникнутиколиваннятиску, якувикликанецієюнеоднорідністю.Тиск покожнійсмузівиражався поручсинусів,перевагаякогополягає до того, щоматематичніформулювання для шкірногоневідомого рядуідентичні.Відповідно до цого методу,глісування судна ізпостійноюшвидкістю U поспокійнійводі можнапоказати наприкладіглісуваннястаціонарного судна,представленогосукупністюсмугтиску наповерхніоднорідноговхідного потокузішвидкістю U. При цьому буливикористаніприпущення, щорідинаєнев’язкою йнескінченноїглибини, ахвилювання головного потокувикликані судном –маленькі.

Хочаіснуючийпідхідрозроблений длятривимірногоглісування,двовимірнізадачі можнарозглядати, яктривимірні ізвисокимвідноснимподовженням.Теоретично, данатеоріяможезастосовуватися дотривимірнихглісуючихповерхоньдовільнихпрофілів, іззаданимизмоченимиплощами. Убільшостівипадків,однак,змоченаплощаглісуючого корпусуневідомазаздалегідь й ізцієї заподій вданійтеоріїзастосованийзворотний метод, уякійзмоченаплощазапропонованазаздалегідь, в годину якпрофільтранцювизначений якчастинарішення.

>Авторинехтувалинелінійнеявищебризкупередньої крайки,оскільки вонмаємаленькутовщину йробитьнезначнийвнесок урозподілтиску вобластібризку.Фактично,це -високийтиск вобластібризку,тобто, вобластіпередньої крайки, Якастворюєбризок.

Проблема,пов’язана ізглісуваннямполягає до того, щозмоченаплоща корпусуневідома доти, коливизначаєтьсягідродинамічна сила. Хоча, у тому,щобвирішитицю проблему можназастосувати процедуруповторення. Аліцезаймає багато годині нарезультаті можнаотриматиколивальнийрозподілтиску,якийзнайшовДокторс (1975). Тому бувзапропонованазмоченаплоща корпусу,якийспроектовано на серединувільноїповерхні, в годину якглибиназанурення та форматранцюпозначені якневідомі.Використанняумови Кута накромцітранцюзабезпечилододатковірівняння, котрівикористовувалися длявизначення форму крайкитранцю.Недолік цогопідходуполягає до того, щозапропонованазмоченаплоща неможедатиточну формутранцю. Дляданогоглісуючого корпусу,обчисленняповинні бутивиконані для рядузапропонованихзмоченихплощин, аінтерполяція виннапроводитися так,щоботриматирішення для корпусу.

>Проведені вроботічисловіобчислення дляглісуючихповерхоньдвовимірноїплоскоїпластини,параболічноїпластини,кубічноїпластини йтривимірноїплоскоїпластини далирезультати, котрі припорівнянні ізекспериментальнимиданими чиіншимитеоріями показаливдалістьданогопідходу длядосягненнязбіжностірішень безнакладаннябудь-якихобмежень навідноснеподовження чи на числоФруда. [4]

1.3Двовимірнатеоріяглісування

>Двовимірнеглісуванняхарактеризується гладенькимвідокремленням водного потоку назаднійкромціглісуючоїповерхні йбризканням напереднійкромцізмоченоїчастиниглісуючоїповерхні.Відокремлення потокувідповідає потоку напереднійкромці вкласичнійтеоріїповітряногокрила.

>Бесшо йКоматсупроаналізувалидвовимірнунеустановлену завданняплоскоїглісуючоїповерхні,базуючись натеоріїповітряногокрила.Відповідно доцієїтеорії вагиглісеру прирусі на великихшвидкостяхпідтримуєтьсянасампередгідродинамічнимпідйомом,якийвиникає на йогонижнійстороні, а чи негідростатичноюплавучістю. [5]

>Явищеглісуваннямає багатоаналогій з проблемамиаеродинамічногопідйомукрил, й таким чином багатодослідженьглісуванняєподібними додосліджень потокунавколоповітряногокрила. Однак,присутністьвільноїповерхні вносити дваважливихефекти, котрі неможутьігноруватися вповномуобчисленніглісування:по-перше, великавідстань вгору затечією –дужеспеціальнийпочатковийрівень,висотанезбуреноївільноїповерхні, наякійвизначаєспеціальнийнапрямоктечії:тиск постійнавздовж шкірного ізцихнапрямків;по-друге, внизу затечієюглісуючоїповерхнівиникатимутьгравітаційніхвилі, котрі немаютьніякого аналога ваеродинамічнійзадачі.Навітьперший зцихефектів,існування єдиноїгоризонтальноїповерхні вгору затечією,єнаслідкоміснуваннягравітаційності,іншими словами немаєвільноїповерхні.Впливгравітації навільномупотоці вокружностіглісуючогочовнаймовірнодоситьнезначний, й можнаприпустити, щоіснуванняхвиль зачовном маловпливає нанелінійнийпотікбілячовна. Удвовимірних завданнях,відомо, щоцейпідхід Веде донеприємності:рішенняпроблемивільногонапряму неєдине йжоден ізможливихрішень немаєприйнятногоповодження нанескінченності; смердоті усіпередбачають, що вільнаповерхнязменшується,знижуєтьсялогарифмічно далеко вгору затечією і далеко вниз затечією.

Неєдиність -загальнаособливістьпотоківГельмгольця. Длявключеннягравітаційності удвовимірну завдання було бзроблено багатоспроб.Більшістьцихспроб було бзроблено вмежахструктурилінеаризованоїводноїтеоріїхвилі.Якщо кут атакиглісуючоїповерхнінадзвичайно маленький, Вагнер показавши, щонелінійністьбіля точки застою могла бутизосереджена всингулярність, й струмінь (чибризок)кинута впередможеігноруватися, боїїтовщиназменшується з квадратомкута атаки. При великих числахФрудаця завдання бувпроаналізовананеодноразовопротягомдекількохдесятиліть.[6] Для не таких маленькихкутів атаки проблемашвидкостаєзанадтонелінійною дляапроксимаціїповністюлінійнимитеоріями,навіть звключеннямсингулярності дляврахуваннянелінійнихефектів.[7]

>Практичнезастосуваннядвовимірноїтеоріїглісуванняобмежені, але ймаютьмісце.Наприклад –злетгідролітака.Протягом короткого години,безпосередньо перед тім, якгідролітаквідривається від водиводнийпотікмайжедвовимірний.Передбачається, щовідноснеподовженняпрямує донескінченності,оскількизмоченадовжинапрямує нанівець.Відмічалось, щоцей короткийпроміжок годиникритичний призлеті,оскількипотік очевиднонестійкий. [8]Експериментальнірезультатидослідженняцієїнестійкості представившиМотард.[9]Гідродинамічні характеристикиневстановленого рухутакождужеважливі дляпроектування суден.

>Усталенимдвовимірнимглісуваннямплоскоїпластинизаймалися багатовчених.Грінвирішивцю завдання длякінцевогокута атаки безврахуваннягравітаційності.Нехтуваннягравітаційності приводити доаномальнихрезультатіввідокремленнявільноїповерхні вдальнійобластіпластини. УрішенняГрінавідокремленнявільноїповерхнілогарифмічнонаправлене внескінченність. При великих числахФрудаефектгравітаційностіприймається маленьким вближнійобласті, але йаномалія вдальнійобласті усе ж такизалишається.Нехтуванняефектамигравітаційності вближнійобластірозглянутоШеном таОгільві (1971).

>Теоріязапропонована авторами [8] –узагальненатеоріяСєдова [2].Вонабазується на вартованалізі. Цепередбачає, щовхід у воду йпереміщенняпластини при великих числахФрудаможе бутипроаналізовано вмежахданоїтеорії.Двовимірнагідродинамічнакрайова завданняглісуванняплоскоїпластинипредставляє собою завдання входу в воду,вважаючипереднюшвидкість U великою.Відноснопластинипередняшвидкістьмаєвиглядшвидкостівільного потоку.Граничніумовитіла при цьомупереносяться допрямоїгоризонтальноїлінії.

>Різноманітнізадачі водного руху ізврахуваннягравітаційностірозглянуто в [6].Окрім того,майже у всіхпредставленихвипадкахврахованонаявністьповерхні, Якарозділяєдвірідини ізрізноюпитомоювагою, чи,якщоприсутня лише однарідина, такзванівільніповерхні.

Длявирішеннязадачівикористовуєтьсяпрямокутна система координат.Вісь Yприймається спрямованапротилежно досилитяжіння,осі x йzутворюютьправобічну систему координат. Дляотриманнярівняння рухувиконуютьдиференціюванняфундаментальнихрівнянь, котріописуютьводний рух.Математична модельскладається ізграничних умів –граничнихумови наповерхнірозділення (>динамічні такінематичніумови),граничних умів натвердійповерхні таіншихграничних умів, котрівключають у собігеофізичніумови,тобтоумови, котріпередбачаютьнаявністьповерхнірозділенняміжрідиною тапружнимсередовищем.Наприклад,вивченняефектуокеанськиххвиль,наявністькрижаногопокриву чи наповерхнірозділенняміждвомарідинами, котрівідокремлені одна відіншоїпружноюмембраною чипластиною.Кінематичнаграничнаумова виннавиконуватисьзавжди.Динамічніумовизалежать відприродиприпущень.

>Більшістьтеорійводниххвильзаймаються чипоясненнямдеякихзагальнихвидівхвильового руху, чипередбаченнямповедінкихвиль.Нажаль,навітьдеякі ізнайпростіших завданьвиявилисьнадтоскладними длявирішення в болееповнійформуліровці. Длявирішенняцих завдань частовикористовуютьсяметодиапроксимації.Апроксимаціїнеобхідні й вбагатьохвипадкахвирішені тихзадачі, котрі можнавирішитинаближеними методами.

>Задачігідродинаміки можнакласифікувати по видахприпущень.Спочаткуробитьсяприпущеннявідносновластивостейрідини:в’язка чинев’язка,зжимаєма чинезжимаєма,присутній чивідсутнійповерхневийнатяг.Припущеннярідининев’язкою,незжимаємою та безповерхневогонатягуспрощуютьрівняння.Далівикористовуютьсяіншіапроксимації, такзвані –математичніапроксимації.Їхзначеннязнаходиться надобмеженніприродирідини, аобмеженнікількостіхвиль таграничноїконфігурації. Виглядматематичноїапроксимаціїдаєіншийспосібкласифікації завдань –апроксимаціянескінченномалоїхвилі таапроксимаціямілкої води. [6]


2Впливформипрофілю навирішенняосновнихгідродинамічних завдань

 

>Окрімприпущень та умів дохвильовоїповерхніувагатакожзвертається й на формупрофілю,якийрухається поповерхні. Так,найчастіше дляспрощеннязадачівикористовується плоска пластина.Більшзагальнийвипадокглісування можнаотримати,якщо пластинузамінитидугою ізневеликоювипуклістю чиопуклістю. Колистосуєтьсятривимірних завдань, з дохідними статтямирозглядаються болеескладніформиглісуючоїповерхні – увиглядітривимірнихфігур –конусоподібні,шарові,призматичні таін.

>Робота [10]присвяченавипадкукруглоїглісуючоїповерхні.Крила із дійснокруглоюформоюглісуючоїповерхні неєзогальноюзадачею ваеронавтиці чигідродинаміці. Уроботіувагаакцентуєтьсяголовним чином нааналітичних тачислових результатах для тонких,непроникнихповерхонькруглоїформи.

>Більшеувагиприділяєтьсядослідженнямефектунаявностівипуклості наднищі судна.Тулін (1957) показавши, щоголовніособливостінев’язкого потокупоблизутонкої,плоскоїповерхні привеликійшвидкості гарноапроксимуютьсятеорією тонкоготіла дляотриманнякінцевихшвидкостей поватерлініям.Окрім того,він показавши, щонаявністькилеподібноївипуклості напластині приводити добризкового опору, анев’язкийопір пласких, тонкихглісуючих пластинскладається ізіндуктивного опору табризкового опору, котрірівніміж собою привідсутностівипуклості.Тулін представивширезультати, котрі показали, щобризковийопірєфункцієюформи судна тапродольноївипуклості,кривизни такутупоширення.Йогопараметричніоцінкивказали, щотупіносовічастини ізкормою із великоюкривизноювипуклостідадутьнайменшнев’язкийопір. АліневрахованийТуліномопіртертя давшинереалістичнезображеннявідносноговпливубоковихвертикальних форм наповнийопір. [11]

>Більшскладна завдання,пов’язана іздослідженнямгідродинамічнихпараметрівглісуючого корпусу принаявностівипуклості наднищі,розглянута в [12]. Корпус, вційроботі,представляв собоюпризматичнуповерхню.

Хоча роботаТулінаігноруєтьсяемпіриками та теоретиками, наїїосновіпобудований методВоруса длявивченнятеорії для вертикального рухусиметричних,двовимірнихклинів ізкривими тапрямим сторонами.Головнавідмінність роботиВоруса від роботиТулінаполягала уврахуванні точкинаведеноїпоперечноїнормалішвидкості на корпус йзамінисингулярноїповедінкибризкаскладноюпроцедуроюрозкладання.Ворус таким чиномотримавінтегральнерівняння іншого порядку. МодельВорусаускладнена. [13]

>Багатоіншихвченихзаймалися завданнямиглісування принаявностівипуклості.Наприклад –Маріо (1951)проаналізувавглісування вдовільних числахФруда.Камбербач (1958)такожвивівформули длядвовимірних пластин при великих, але йкінцевих числахФруда. Завданняусталеногов’язкого опору,якийвстановлений припостійнійдовжиніхорди був виправлена Ву (1972). У 1967роціМаріовирішивдану завдання приврахуваннігравітаційності.Вінтакожвраховувавбризковийопір, але йзновуоцінював лишеповерхневі шари. [12]


3Комп’ютерніметодивизначеннягідродинамічних характеристикглісуючого комплексу

>Передбаченнястворениххвилеюрухів йхвильовихнавантажень –одне ізнайважливішихпитань приконструюванні судна. Рухи ізбільшоюамплітудоюстворюють завдання пробезпечнепересування суден вводі, в годинуекстремальненавантаженняможе привести допошкодженняструктури.Загальнезастосування методумалихзбурень - одинпідхід дотакоїнелінійноїзадачі, денелінійніефектиобчислюються задопомогоюзбереженняквадратнихпозначень уграничнихумовах. Однак, в цьомупідходізалишаютьсялінійніприпущення.

>Загальніметоди дляпередбачення характеристикглісуючго корпусувключаютьемпіричнірівняння йдослідневипробування.Емпіричнірівняння часто можназастосувати лише доподібнихтипів корпусу о маломудіапазоніпараметрів, в тієї годину яквипробуваннямоделі частодуже дорого, особливо для малого судна.

>Зараззростаютьвимоги дорозвитку методурозрахунку,якийорієнтується, впринципі, наширокіможливості. сучаснийрозвиток вкомп’ютерних характеристиках йчисельних методах дозволиливирішитинелінійнізадачінабагатолегше, ніжраніше.

>Об’єднаний методЕйлерЛагранжа (>МЕЛ)вперше був уведеньЛонгетом-Хігінсом йСкелетом (1976), длямоделюваннядеформаціїповерхневиххвиль. МетодМЕЛвикористовуєпідхідповністюнелінійноїобласті години йзастосовується дорізноманітнихнелінійних завдань. Методмоделювання для рухупливучого корпусу ухвилях буврозробленийВінжі йБревігом (1981),Квінті таін. (1990), Сеном (1993) йТанізава (1995).Двовимірнівзаємодіїпливучихтіл ізвільноюповерхнею можнаобчислитираціонально,використовуючиповністюнелінійнийпідхід. Зіншого боці,підхіднелінійноїчасовоїобласті бувпоширений натривимірну завданняхвилі судна йвивченийбагатьмадослідниками. Упринципі,обчисленірезультатиповністюнелінійногопідходу булиотриманіМаскевом (1992),Беком таін. (1994),Скорпіон таін. (1996) йШіракура таін. (2000). Хоча їхньогоформулюваннятеоретичноточні,чисельностійкірішення не можнаотримати вдеякихвипадкахобчислення.

Для практичноговикористанняпотрібно понаддосліджень йчисловихвимірювань.Числовийаналізтривимірним методом -іншийпідхід донелінійноїзадачі,який можнарозглянути як методмалихзбурень.Тобто,лінійна чи слабконелінійнаумовавільноїповерхні дляневстановленоїобластіхвиліпредставлені убільшостівипадків, в годину якмиттєвагеометрія корпусувраховується вобчисленні вумовіповерхні корпусу. Ос-кільки ізцимиприпущеннямиочікуються болеестійкірішення, булипредставленніуспішнірезультатиобчисленнярухів судна (>наприклад,Лін йЮу 1990,Накос йін. 1993,Буннік йГерманс 1998,Колагросі йін. 1999,Ясукава 2000 йКатаока йін. 2001).

>Теоріявисокошвидкісноїсмуги (>ТВШС),вперше представленаЧапманом (1976),застосовуваласьбагатьмадослідниками,наприклад,Адачі йОхмасу (1980),Енг йКім (1981),Охмасу йФалтінсен (1990),Фалтінсен йЖао (>l991).Цей метод частоназивають "2.3 D " чи ">2D+T"теорія, уякій завданнятривимірноївільноїповерхнікорабельноїхвилізведена додвовимірноїзадачі, Якаможе бути виправленапослідовно вчасовійобласті.Адачі йМасуа (1996)запропонували методфункціїГріна в2.5Dтеорії, де було бврахованододатковепозначення, якувідповідаєпоперечнимхвилям узадачіусталеногохвилеутворення.Кашігаві (1995)розробиврозширенуоб’єднанутеорію, уякій немаєобмеження значнопоступовоїшвидкості чичастотиколивання. Хочаці дваметоди,використовуючидвовимірнийпідхід -дужепрактичні ізраціональних,теоретичних йобчислювальнихточокзору,обидваметодисумісні ізлінійнимиприпущеннями.

>З’єднаннявищезгаданих двохметодів приводити допідходунелінійноїчасовоїобласті,використовуючиТВШС, котраєнелінійноюверсією2.5Dтеорії.Взаємодія в низу затечією утривимірномупотоцінавколо суднапояснюєтьсяефектомзапам’ятовуваннявільноїповерхні. Ос-кількизадачіграничних умів (>крайовізадачі)можуть бутиописані тім ж самимформулюванням увипадках йусталеного йнеусталеного потокунавколо судна,потенціалишвидкості можнавважатиоднаковими.Крім того,граничніумовиповністюнелінійні вструктурітеорії тонкого судна, й вобчисленні можнаврахуватигеометричні,гідростатичні йгідродинамічнінелінійні характеристики.Калісал й Чан (1989) таТулін й Ву (1996)розробили численнімоделюваннярозбіжнихголовниххвиль.Фонтайн йКвінт (1997)також показалиобчисленняголовниххвиль йзапропонувалиможливість йогозастосування дляпрогнозування ударунавантаження.Маруо йСонг (1994)продемонстрували, щоголовніхвилірозбиваються прирусівисокошвидкісного судна, якузастосовувалося дляаналізузмоченняпалуби.Обчисленнягідродинамічноїсили взадачіусталеногоколивання булипредставленіКіхара йНайто (1998).Крім того, смердотідосліджувалипрогнозуваннядодаткового опорумоделіВіглея врегулярнихголовниххвилях. Зподальшимрозвитком вційобласті, були активновивчені2D+Tметоди разом ізпроцедуроюобчислювальноїгідродинаміки (>CFD).Тулін йЛандріні (2000) представилианалізрозбиванняхвиль,використовуючизгладженучастинугідродинаміки (>SPH), йАндрілон таАлесандріні (2002) показалирезультатиобчислення,використовуючиобчислювальнийпристрійНавье-Стокса ізоб’ємно-кінцевим (>VOF) методом.Ціметодидозволяютьмоделюватигідродинамічнірухи,включаючикомплексніфазирозсіянняхвиль, типу повторногосплеску,формуваннясплеску вгору йзавихреності. Для практичноговикористання втехнічних завдань,застосування новихCFD процедур,описанихвище дляобчисленнягідродинамічноїсили,єперспективноюзадачею. [14]

Уроботі [15] представленорезультатививченнявикористанняCFD дляоцінки характеристиквисокошвидкісногоглісуючого судна, якурухаєтьсязісталоюшвидкість поспокійнійводі. Длявивченнявикористовуєтьсянеструктурований,багатофазний,кінцевийоб’ємний код,якийвикористовує методоб’ємурідини (>VOF). Характеристикависокошвидкісного суднаглибокопов’язана ізорієнтацією корпусу ушвидкості, що неможе бутивідомаапріорно.Змінюєтьсяпідйомглісуючихкорпусів й гуляй атаки, якреакція галузьтиску,створену потоком. Дляврахуванняцихзмін уположенні корпусу методмоделювання виненгарантувати, що впідйомі бувдосягнутадинамічнарівновага в останній моментобробки. Цедосягнуто задопомогоюітераційноїсхеми, уякій область потоку був виправлена длядискретнихорієнтацій корпусу.Роботаскладається із наборуекспериментальних іспитівмоделі, дляотриманняданих, ізякими численнірезультатипорівнюються. Для цого було бвиконано тринаборимоделювань. першийнабірвиконувався для прямогопорівняннячисловихрезультатів ізекспериментальними. Іншийнабірмоделюваньвиконаний длязадоволеноїумовирівноваги.Третійнабір –відповідає станурівноваги припідйомі таобробці. [15]


4Основнігідродинамічні характеристики

 

4.1Додатковийопір

 

якзазначеновище, дляконструювання суденнеобхідновивченнягідродинамічних характеристик тапередбаченняповедінки судна вумовах природногохвилювання. Одним ізпараметрів, котрінеобхіднообов’язкововраховувати приконструюванні судна –єдодатковийопірхвилі. У [14]увагазосереджується навпливінадводноїформи носі надодатковийопорі. Уроботі дозадачінеусталеногохвилеутвореннязастосовуєтьсянелінійний2D+T метод, вякомупотікописується,використовуючисуперпозиціюнабігаючоїхвилі ізіншимзбуреннями, котрівикликані корпусом. Нема за ті, щовключеніпроцедуриапроксимації,цей методєпрактичним длядослідженнянелінійних характеристикгідродинамічноїсили. Для збільшенняенерго-економічних суден,потрібно понадзменшення опорухвиль.Частково,це через ті, що ставленнядодаткового опорухвиль дозагального опорустаєбільшим. Хоча покращанняформи корпусудозволяєзменшитикінську силу для руху встоячійводі,кінська сила,необхідна для руху внезмінниххвилях.Протилежна доцієїзадачі, завдання покращанняформи корпусу черезнадводнугеометріюкоректна дляконструювання судна,оскільки характеристикахвилеутворення, Яказалежить відпідводноїформи корпусу,можезберігатися. Однак,використовуючиіснуючіметодирозрахунку,важко правильнорозрізнитирізницюміжваріантаминадводних форм корпусу. В частности,нелінійніефектидинамічноїсили, котрівиникають черезрозсіювання йдифракціюхвильщепотрібновивчити.Поступово,зрозуміло, щонадводна форма носівпливає наусталенісилихвиль,тобто надодатковийопір, а чи не на руххвилеутворення.Наприклад,впливнадводноїформи носі надодатковийопір було бекспериментальнодослідженоНайто йін. (1996).Вониприйшли довисновку, щотупоносі судна ізрізниминадводними формами носі показалирізнізначеннядодаткового опору. Тому,розробкаобчислювальногоінструмента,якийдастьможливістьпроектувальникам суднаобговорюватиперевагинадводних форм носієважливимзавданням. [14]

Убагатьохзастосування вморськихумовахдодатковийопірвідіграєважливу роль. Алі багато ізіснуючихметодівнедооцінюютьдодатковийопір принизьких частотахдовжинихвилі.Відомо, що дляопису рухуплавання суду вхвиляхдужегарнірезультати длябагатьохпрактичних форм корпусупоказуєтеоріястрічки. Уостанні роктапрограмиобчислювальних машинрозвинулись таким чином, щоможутьобчислитисили йрухиплавання судна ухвилях задопомогоюлінійнихдифракційнихпрограм.Фактично, методвикористовуєлінеаризаціюнавколонезбуреного потокунавколо судна, щоможе привести догарноїапроксимації для тонкого судна. Для цого класу судентеоріястрічки йїїзмінидаютьгарнірезультати. Однак, увипадку короткиххвильціметодимаютьтенденціюнедооцінюватидодатковийопір. Цеформуєскладну завдання увипадку,якщороблятьсяспробиоптимізувати форму корпусу.Якщо судномаєтупу форму корпусу,локальнийсталий рухвпливає на величинудодаткового опорудуже сильно. Уроботі [16] представленочасовий метод,якийможевирішитизадачі ізрізними видамилінеаризованихформулювань. яквхід,програмаможевикористатинезбуренийпотік,потікподвійного корпусу чинелінійнийсталий рух.Розглядаєтьсясиметричне судно ізрівномірнимплаванням ізпостійноюшвидкістю U ухвилях, котріпоширюються в напрямі, щозамикається ізпередовимнапрямком судна.Воднаглибина hпозначаєтьсяпостійною.Рідинаприйнятаідеальною. [16]

 

4.2Максимальна осаду судна

 

Приконструюванні суден вартотакожпам’ятати протакийважливий аспект, якнебезпека так званогозаземлення,тобтозасідання судна намілині. Дляуникнення такихвипадків придослідженніпараметрів суднанеобхіднопроводитирозрахунок йогомаксимальної опади. У [17]запропоновано дваметоди тонкоготіла длявизначеннямаксимальної опади тадиференту суден, котрірухаються вдовільним числахФруда,включаючитранскритичну область:транскритичнаглибоководнатеорія татеоріякінцевоїглибини.Транскритичнаглибоководнатеоріязастосовувалась ізвикористаннямчисленнихметодівфур’є-спектрометра длявизначення опади тадиференту черезподвійнечисловеінтегрування.Цятеоріятакожрозширена длявипадку судна, якурухається вканалікінцевоїширини,однак,складність числовогообчисленняінтегралусили й йогообмеженістьвказують, щотеоріявідкритих вод более правильна.Теоріякінцевоїглибини бувпокращена длявикористання длязагальних форм корпусу.Цятеоріяобчислює силу опади та моментдиференту, котрієтрохиколивальними. Ос-кількитеоріяпідносить достепенянескінченнуглибину,будь-якапохибка якщозбільшуватисьприблизно ізквадратичною залежність відшвидкості. Тому данатеорія неможевикористовуватись при великих числахФруда. Черезце таіншіумовитеоріякінцевоїглибинискладніша ввиконанні затранскритичнуглибоководнутеорію.Порівняннярезультатівданихтеорій ізекспериментальними результатами далигарнузбіжність увипадкумілкої води.Основнаневідповідністьміжтеоретичними таекспериментальними результатами при такихумовахполягала до того, щожоднатеорія непередбачилапідвищення судна уводі прималих числахФруда.Невідповідностіпояснюютьсяякісноефектомстінок каналу векспериментальних результатах. Ацеозначає, щоданітеоріїдужеперспективні дляпередбачення опади увідкритих водах. Однак безсправжніхекспериментів увідкритих водах не можнавідповідним чиномсудити проточностіметодів.Транскритичнаглибоководнатеоріянабагатопростішатеорія, йавторирекомендуютьїї, якпростий таточний методпередбачення опади судна увідкритих водах. [17]


5Режимиглісуваннягідролітаків

>Визначеннягідродинамічних характеристикважливе задляпроектування суден,глісерів, аконструюваннягідролітаків,тобтолітаків, котрізлітають ізводноїповерхні чисідають нанеї. При цьому,необхідновизначитирежими рухулітака поводнійповерхні. Прирусі поводіповерхневихлітаків ізмалоюшвидкістю,підйом,якийпідтримуєлітак наводнійповерхніобумовленийголовним чиномплавучістю. Призбільшеннішвидкостілітака, таким чином,щобводнаповерхня гладковідокремилась відпередньої крайкилітака,літак,кажуть,глісую чиковзає поводнійповерхні.Під годинуглісуванняпідйомобумовленийголовним чином силамигідродинаміки.Важливоюособливістюглісуючого рухуєявищебризкання, якуявляє собоюбризкивикинуті вперед й з обох боківглісуючоголітака.Якщо кут атаки,який можнавизначити якхарактерний кутміжзмоченоюглісуючоюповерхнеюлітака йнезбуреноювільноюповерхнею – маленький, тоочікується, щотовщинабризку якщотежмаленькою. Ос-кількитеоріяглісуваннямає багатоподібнихознак ізтеорієюповітряногокрила, дляпредставленнябризку в завданняхглісуваннявикористовуєтьсятакий саме типособливостей як й втеоріїповітряногокрила.

>Багатьма авторамирозглядалисьдвовимірніглісуючіповерхні ізврахуваннямефектугравітаційності. Прививченнітривимірнихглісуючихповерхоньвимагається,щоб числоФруда було б великим, а формаповерхні не бувпрямокутною. Упопередніхрішенняхвважалось, щобризок буввеличиною іншого порядку вкуті атаки й тому ним можна було бзнехтувати вформуліровцілінеаризованоїтеорії. Уроботі [18]розглянуто установленьтривимірнийпотенціальнийпотік,який проходити черезглісуючуповерхнюсередньогорозміру при великих числахФруда.Вважається, що кут атаки маленький, у тому,щоб завдання можна було блінеаризувати.Глісуванняпредставляєтьсяневідомимирозподіламитиску почастиніводноїповерхніякраз подпластиною.Геометричноюконфігурацієюбризкузнехтувано, атискприйнятий типу квадратногокореня. [18]

 


6Досягненнявисокихшвидкостей суден шляхомзастосуванняпідводнихкрил

>Останнім годиноюзросла потреба в новомукласішвидкодіючихтранспортнихзасобів, котріможутьвідіграватипроміжну роль ушвидкостіміжвантажнимилітаками тазвичайними судами.Булозапропонованокількаконцепцій проекту для створення нового класусудів,ціконцепціїзасновані накомбінаціяхповерхні, щопіднімається,повітряної подушки,SES (суден ізповерхневимефектом), йSWATH (маленькийглісер ізподвійним корпусом). У [19] представленообчислювальний метод,який можназастосовувати донелінійного потокувільноїповерхніповздвовимірнепідводнекриломілкогозанурення.Попередні роботи попідводномукрилівикористовувалиголовним чиномлінеаризовануумовувільноїповерхні.Наприклад,Гієсінг йСміт (1967)вирішували проблему методомінтегральногорівняння,якийбазується нафункціїГріна,Баі (1978)застосував дозадачіобмежений метод ізкінцевимелементом,якийбазується нанежорсткійформі. Однак,Салвесен та онКерзек (1975, 1976)спочаткуобчислилистійкінелінійніхвилівільноїповерхні черездвовимірнепідводнекрило йвихрові точки подвільноюповерхнею задопомогоюітераційного методу ізкінцевимрозходженням,попередньорозробленим ними (1974).

Уроботірозглядаєтьсястійкийодноріднийпотікповзустановленедвовимірнепідводнекрило,занурене врідину.Поверхневоюнапруженістюзнехтувано таприпускається, щорідина –нев’язка,нездавлювана, й рухбезвихровий. Завдання точногонелінійного

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація