船体破舱进水过程国内外研究现状_毕业论文

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船体破舱进水过程国内外研究现状

潜艇技术在二战后得到飞快的发展,全球各国都着力研究发明先进的现代化潜艇,与此同时反潜技术也愈来愈先进,潜艇的极限下潜深度的记录不停地被刷新,从而大大增加了深海的活动范围,这必然加大了潜艇的生存风险,从而对潜艇的抗沉性亦提出了更高层次的要求。在潜艇技术的发展史上,虽然在近一百年没有战争的和平环境下,但是全球各国的潜艇事故也不断的发生[3],我国也发生过惨痛的海难事故。2003年4月16日,在我国领海内进行训练过程中,中国海军361号潜艇由于指挥员指挥操作不当而导致机械故障失灵,致使潜艇上全部的70名军人遇难。虽然潜艇的基本理论不断完善,但是设计使用上还存在着诸多问题。所以,先进的现代化潜艇的抗沉性问题愈来愈受到美苏等各国的重视。近现代,人们更加喜欢倾向于利用计算机信息科学技术来进行抗沉系统的设计[4-6]。

在船体破舱进水的研究过程中,有各种各样的方法,如基于流体力学中的伯努利方程准静态法、模型试验法、无网格法、基于流体力学N-S方程的CFD模拟仿真方法、带VOF的势流理论法等等。

1962年,CFD第一次进入大众视野,Hess和Simith[7]发表了一篇使用叠模绕流的方法来求解物理势流的文章,从此后众多国内外学者在计算流体力学应用于潜艇上进行探究。

1963年,美国海军核潜艇在深水中进行耐压试验时发生了故障,经过调查得出的原因是由于海水管路破裂致使舱室大量进水,导致潜艇在短时间内大大超过了极限潜深。从那以后美国海军开始对潜艇舱室破舱进水进行了模拟探究,其中包括了适度的实艇和模型实验研究,第一次提出了将压缩气体输进压载水舱的排水手段,与此同时发现了此办法排水速率太慢,根据这种情况他们采用高压空气系统的短路吹除的方法,从而达到了预期的效果。

对于船体破舱进水的研究早期是仅仅依靠传统的、纸质化的、单一的抗沉部署图,已然不能满足当前的需求。随着研究的深入,计算机技术的发展,使数值分析成为研究船体破舱进水过程的重要手段。主要的研究方法有:

基于CFD的舱室破损进水数值研究,RANS法,选择了一个简单的模型进行网格划分然后再进行数值模拟,与此同时用理论的方法也验证了数值模拟的正确性。数值模拟可以消除实验的误差,不存在传感器的安装和精度等的问题,更没有试验模型精度的问题,从而使得流场不收额外因素数据与数据更加准确的影响。

基于N-S方程的CFD求解法,使用Fluent软件对于大量的二维以及三维的计算模型进行破舱进水的时域模拟,探讨了空气流对于进水过程的影响。对于船舶破损口处进水速度的变化进行讨论和探讨,这些探讨对于破舱进水的时域模拟研究方法的选择有一定的借鉴意义。

伯努利方程的准静态法,针对于波浪中的船舶破损之后的舱室进水情况,介绍的一种进水模拟方法。将波浪作简化后,以Bernoulli伯努利方程为根据,分别讨论了一维进水与二维进水情况,并且在时间域内对其作了对比。

光滑粒子法(SPH)法,通过使用自主研发的三维SPH计算程序来模拟船舶底部破损模型进水的过程。结果表明,试验结果与数值结果吻合程度比较好,从而验证了三维计算程序系统的可行性与高效性,以及数值计算精度可靠性,从而为进一步探究整个船体的沉没的过程打下了良好基础。

在为了保证质量良好的网格的状态下,本文用ANSYS中的Geometry画出几何模型,然后Mesh软件作为网格划分平台,进行二维模型的建模。本文用Fluent软件设置算法来进行探究,对二维箱型船的底部破舱进水过程来进行模拟计算,并以此来观察其在时域上的呈现。 (责任编辑:qin)