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基于CFD评估尺度效应对V型网板水动力的影响

刘景彬 唐浩 许柳雄 孙秋阳 刘伟 银利强 张锋

刘景彬, 唐浩, 许柳雄, 孙秋阳, 刘伟, 银利强, 张锋. 基于CFD评估尺度效应对V型网板水动力的影响[J]. 南方水产科学. doi: 10.12131/20210355
引用本文: 刘景彬, 唐浩, 许柳雄, 孙秋阳, 刘伟, 银利强, 张锋. 基于CFD评估尺度效应对V型网板水动力的影响[J]. 南方水产科学. doi: 10.12131/20210355
LIU Jingbin, TANG Hao, XU Liuxiong, SUN Qiuyang, LIU Wei, YIN Liqiang, ZHANG Feng. Evaluation of scale effect on hydrodynamic force of V-shaped otter board based on CFD[J]. South China Fisheries Science. doi: 10.12131/20210355
Citation: LIU Jingbin, TANG Hao, XU Liuxiong, SUN Qiuyang, LIU Wei, YIN Liqiang, ZHANG Feng. Evaluation of scale effect on hydrodynamic force of V-shaped otter board based on CFD[J]. South China Fisheries Science. doi: 10.12131/20210355

基于CFD评估尺度效应对V型网板水动力的影响

doi: 10.12131/20210355
基金项目: 国家自然科学基金项目 (31902426, 31972845);上海市青年科技英才扬帆计划资助 (19YF1419800);农业农村部南极海洋生物资源开发利用项目 (D8002-17-0109)
详细信息
    作者简介:

    刘景彬 (1995—),男,硕士研究生,研究方向为渔具渔法。E-mail: 18340803167@163.com

    通讯作者:

    唐 浩 (1988—),男,讲师,博士,从事渔具水动力性能研究。E-mail: htang@shou.edu.cn

  • 中图分类号: S 971.4

Evaluation of scale effect on hydrodynamic force of V-shaped otter board based on CFD

  • 摘要: 按相似准则等比例缩小网板构建物理模型测定其水动力,是研究网板水动力特征的主要方式。基于V型网板,利用计算流体力学 (Computational fluid dynamics, CFD) 对比分析了3种尺度比 (1∶2、1∶3和1∶4) 的网板和3种厚度 (2、5和10 mm) 下的升、阻力系数及流场分布,并将其与模型试验结果进行对比,探究不同物理模型尺度对估算网板水动力的影响。结果表明:1) 随着冲角的增加,各尺度的网板阻力系数逐渐增大,升力系数先增大后减小,升阻比逐渐减小;2) 在30°冲角之后,网板后部出现明显的分离涡,造成模拟升力减小;3) 随着网板模型尺度的增大,网板表面边界层分离效果和尾流区流场分离涡逐渐增强,网板升、阻力及升阻比亦呈增大趋势。网板厚度对流场及升、阻力影响较小,最大升力系数相对于模型试验平均误差为4.97%;4) 随着模型尺度增大,网板水动力的预测误差逐渐减小。
  • 图  1  网板参数结构示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of structural parameters of otter board models

    图  2  模拟计算区域

    Figure  2.  Domain of simulation calculation

    图  5  V型网板不同冲角下的升力系数、阻力系数与雷诺数的关系

    Figure  5.  Relationship between lift coefficient, drag coefficient and Reynolds number of V-type otter board at different angles of attack

    图  3  网板冲角为40°时周围网格划分

    Figure  3.  Computational grid partitions around otter board at angle of attack of 40°

    图  4  网板模型动水槽试验

    Figure  4.  Flume tank test of otter board model

    图  6  网板模型试验和数值模拟水动力

    Figure  6.  Comparison of hydrodynamic force of model otter boards between flume tank test and numerical simulation

    图  7  不同尺度比 (左)、厚度 (右) 水动力系数

    Figure  7.  Hydrodynamic coefficient of different scale ratio (Left) thickness (Right)

    图  8  网板在不同冲角下的流场分布

    Figure  8.  Flow field distribution of otter board at different angles of attack

    图  9  不同尺度比网板在40°冲角下的流场对比

    Figure  9.  Flow field comparison of otter board with different scales at 40° angle of attack

    表  1  网板编号及试验参数

    Table  1.   Otter board number and experimental parameters

    网板编号
    Otter board No.
    展弦比 λ
    Aspect
    ratio
    板面夹角 Γ
    Dihedral
    angle/(°)
    翼展 L
    Wing
    span/m
    翼弦 C
    Chord/m
    面积 S
    Area/m2
    厚度 d
    Thickness/
    mm
    尺度比 λ
    Scale
    ratio
    试验流速
    Tested velocity/
    (m·s−1)
    雷诺数
    Reynolds
    number
    10.5100.2320.4640.10221∶30.802.1×105
    20.5100.3500.6900.24021∶21.172.1×105
    30.5100.1740.3480.06021∶40.602.1×105
    40.5100.2320.4640.10251∶30.802.1×105
    50.5100.2320.4640.102101∶30.802.1×105
    下载: 导出CSV

    表  2  不同尺度比和不同厚度网板水动力系数误差

    Table  2.   Hydraulic coefficient deviation of different scale ratio and thickness of otter board

    尺度比 Scale ratio 厚度 Thickness/mm
    1∶21∶31∶4 2510
    最大升力系数 Max lift coefficient 1.235 1.178 1.109 1.178 1.208 1.184
    误差 Deviation 1.13 6.03 12.62 6.03 3.39 5.49
    最大阻力系数 Max drag coefficient 1.211 1.138 1.068 1.138 1.134 1.146
    误差 Deviation 1.48 7.99 15.07 7.99 8.37 7.24
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-28
  • 修回日期:  2022-01-06
  • 录用日期:  2022-02-07
  • 网络出版日期:  2022-02-28

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