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申请/专利权人：山东科技大学

摘要：本发明公开了一种基于投弃式海流剖面仪探头的旋转尾翼结构优化方法，属于仿真模拟海洋流速测量领域，其步骤为：构建投弃式海流剖面仪探头几何模型，建立圆柱形仿真流体域，对投弃式海流剖面仪探头周围建立重叠网格区域，构成三维几何模型；将三维几何模型进行网格划分，将网格文件导入Fluent中，建立基于CFD模型分析尾翼对探头旋转影响过程的计算模型；进行仿真模拟计算，模拟探头在所设圆柱型流体域整个运动状态过程；得到不同倾角尾翼对应的探头自旋转速度参数。本发明通过CFD仿真模拟，计算得到探头下落运动状态过程仿真结果，能够获得探头压力和速度云图，可与对探头下落过程中的运动状态过程所得参数进一步的结构优化调整。

主权项：1.一种基于投弃式海流剖面仪探头的旋转尾翼结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、使用SolidWorks软件构建装配有旋转尾翼的投弃式海流剖面仪探头几何模型；S2、将投弃式海流剖面仪探头几何模型导入Fluent中，建立圆柱形仿真流体域并定义为背景网格区域，对投弃式海流剖面仪探头周围建立重叠网格区域并定义为组件网格区域，从而构成三维几何模型，对所述三维几何模型中的各部件进行命名；S3、使用ANSYSMeshing将所述三维几何模型进行网格划分并检查网格质量；S4、将S3中的网格文件导入Fluent中进行仿真参数的设置，求解器类型的选择和定义材料属性、边界条件，建立基于CFD模型分析尾翼对探头旋转影响过程的计算模型；S5、将编写好的投弃式海流剖面仪探头几何模型的UDF编译并加载，动网格方法设置为扩散光顺和网络重构；S6、设置瞬态计算的时间步长和时间步数，进行仿真模拟计算，模拟装配有旋转尾翼的探头在所设圆柱型流体域中的整个运动状态过程；S7、仿真模拟结束后，通过CFD-post软件进行后处理操作，查看X-Y平面下投弃式海流剖面仪探头在某时刻的速度云图和压力云图；S8、更换不同旋转尾翼叶片倾角的探头，重复步骤S1-S7，得到不同倾角尾翼对应的探头自旋转角度参数并进行优化；所述投弃式海流剖面仪探头几何模型包括探头本体模型和旋转尾翼模型，所述旋转尾翼模型由四个叶片组成，四个叶片中间设有圆形通孔，圆形通孔用于装配探头尾部；步骤S4中，将网格文件导入Fluent后参数设置包括：求解器类型设置为压力基，速度格式设置为绝对速度，时间模型设置为瞬态模型；定义流场的重力方向为Z轴反方向，大小设置为-9.81sm2；湍流模型设置为RNGk-ε模型；材料添加设置为：添加Fluent数据库材料为液态水，流体材料设置为液态水，密度设置为1.0230gcm3；属性密度改为海水密度大小1.0230gcm3；动网格设置选择投弃式海流剖面仪探头为刚体运动；选定背景网格和组件网格创建网格交界面，小型的圆柱形几何体的表面设定为重叠网格面，投弃式海流剖面仪探头表面设定为壁面；所述S4中，采用不可压缩雷诺纳维-斯托克斯方程和标准RNGk-ε湍流模型，运用重叠网格技术，建立基于CFD模型分析尾翼对探头旋转影响过程的计算模型；计算模型包括连续性方程、动量方程和能量方程；所述连续性方程为： 其中，ρ是流体密度，t是时间，u表示流体的速度矢量；是散度算子，用于表示向量场的发散程度；所述动量方程为： 其中，ρ是流体密度；u为x轴方向上的流速，v是y轴方向上的流速，w为z轴方向上的流速；p为流体内部压力；X为x轴方向上的单位质量体积力，Y为y轴方向上的单位质量体积力，Z为z轴方向上的单位质量体积力；是拉普拉斯算子，在这里表示由于粘性引起的动量扩散；θ单位体积的体积膨胀；μ是流体的动态粘度；所述湍流模型采用RNGk-ε模型，湍流动能k方程为： 其中，αK＝1.39；K为湍流动能；μt是湍流粘度；PK是流体速度梯度产生的湍流动能；xj为三维空间坐标的一个分量，是速度分量的雷诺平均值，αk为湍流动能传递率，PK为湍流动能的生成项，Gb为浮力产生的湍流动能项；YM为可压缩湍流中波动膨胀对总耗散率的贡献；PrK为湍流普朗特数，设置PrK为0.85；湍流耗散率ε方程为： 其中，Cε1、Cε2、Cε3是常数，Cε1＝1.42，Cε2＝1.68，Cε3＝0.8，Cμ是常数，Cμ＝0.08；αε＝1.39；Prε为湍流耗散率的普朗特数，设置Prε为1.2；步骤S7中，仿真模拟结束后，通过CFD-post软件进行后处理操作，查看X-Y平面下投弃式海流剖面仪探头在某时刻的速度云图和压力云图，导出投弃式海流剖面仪探头六自由度数据，读取海流剖面仪探头自旋转速度参数；步骤S8中，重复步骤S1-S7，得到不同倾角尾翼相对应下探头的自旋转角度，对旋转尾翼叶片倾角数据和探头下落的自旋转速度数据进行拟合，得到拟合公式；探头内设置有信号采集电路，根据拟合公式选取最优的旋转尾翼叶片倾角，使探头自旋转频率与信号采集电路带宽频率相对应。

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