Численное моделирование свободного падения твёрдого шара в воду

Авторы

Константинов С. Г.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия

e-mail: slk.konstantinov@gmail.com

Аннотация

Представлены результаты численного 3D-моделирования свободного падения твёрдого шара в воду с последующим погружением. Расчётным путём определены аэрогидродинамические характеристики шара, траектория и скорость погружения. Получены картины распределения суммарной скорости в расчётной области, а также показана визуализация процесса формообразования каверны в воде по мере погружения шара с гидрофобными свойствами. Проведено сравнение результатов численного моделирования погружения шара в воде с экспериментальными данными. Реализованный метод может применяться для определения динамических характеристик гидросамолётов и вертолётов способных приводняться и осуществлять перемещение по поверхности воды.

Ключевые слова

аэрогидродинамические характеристики шара, численное моделирование, метод RANS, модель VOF, модель 6DOF

Библиографический список

1. Ван-Дайк М. Альбом течений жидкости и газа. – М.: Мир, 1986. – 184 с.

2. Девнин С.И. Аэрогидромеханика плохообтекаемых конструкций: справочник. – Л.: Судостроение, 1983. – 332 с.

3. Игнаткин Ю.М., Константинов С.Г. Исследование аэродинамических характеристик несущего винта вертолёта методом CFD // Труды МАИ. 2012. № 57. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=30875

4. Козелков А.С. и др. Минимальный базис задач валидации методов расчёта течений со свободной поверхностью // Труды Нижегородского государственного технического университета имени Р.Е. Алексеева. 2015. № 2 (109). С. 49 – 69.

5. Ле Куок Динь, Семенчиков Н.В., Яковлевский О.В., Чан Куанг Дык. Численное исследование влияния движителей на аэродинамические характеристики дирижабля // Труды МАИ. 2012. № 52. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=29590

6. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. Т. 1. – М.: Мир, 1991. – 504 с.

7. Фрик П.Г. Турбулентность: модели и подходы. Часть 1. – Пермь: ПГТУ, 1998. – 108 с.

8. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. – М.: Наука, 1974. – 712 с.

9. ANSYS FLUENT 6.3. Theory Manual. 2005. Fluent Inc. Central Source Park, 10 Cavendish Court, Lebanon, NH 03766, USA, available at: http://www.fluent.com

10. Aristoff J.M., & Bush J. W.M. Water entry of small hydrophobic spheres // Journal of Fluid Mechanics, 2009, vol. 619, pp. 45 – 78.

11. Asfar K. and Moore S. Rigid-body water impact at shallow angles of incidence // Proceedings of the international offshore mechanics and arctic engineering symposium, ASME, Virginia Polytechnic Inst. State Univ., Blacksburg, VA, USA, 1987, vol. 2, pp. 105 – 112.

12. Duez C., Ybert C., Clanet C., & Bocquet L. Making a splash with water repellency // Nature Physics, 2007, no. 3, pp. 180 – 183.

13. Ferziger J.H., Peric M. Computational methods for fluid dynamics, Springer-Verlag, Berlin, 1996, 356 p.

14. May A. & Hoover W.R. A study of the water-entry cavity. Unclassified NOLTR 63 – 264, United States Naval Ordinance Laboratory, White Oak, Maryland, USA, 1963.

15. Menter F.R. Zonal two equation turbulence models for aerody namic flows // 24th Fluid Dynamics Conference, July 6-9, 1993, Orlando, Florida, available at: https://cfd.spbstu.ru/agarbaruk/doc/1993_Menter_Zonal%20Two%20Equation%20k-w%20Turbulence%20Models%20for%20Aerodynamic%20Flows(2).pdf

16. Salvi R. Navier-Stokes equations theory and numerical methods, Marcel Dekker, Inc., 2002, vol. 223, 308 p.

17. Spalart P.R., Allmaras S.R. A One-equation turbulence model for aerodynamics // Conference Reno, Nevada, USA, 1999, pp. 92 – 439.

18. Tadd T. Truscott, Brenden P. Epps, Alexandra H. Techet. Unsteady forces on spheres during free-surface water entry // Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press, 2012, vol. 704, pp. 173 – 210.

19. Wilcox D.C. Turbulence modeling for CFD, California, DCW Industries, Inc., 1994, 460 p.

20. Sun Zhao, CaoWei, and Wang Cong. Numerical Investigation of Water Entry of Half Hydrophilic and Half Hydrophobic Spheres // Mathematical Problems in Engineering, volume 2016, Article ID 5265818, available at: http://dx.doi.org/10.1155/2016/5265818

Скачать статью