WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

НГУЕН МАНЬ ХУНГ

Исследование Гидродинамических

Характеристик пульсирующего эллипсоида вращения при продольном движении

в безграничной жидкости

Специальность 05.08.01 – Теория корабля и строительная механика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Астрахань 2008

Работа выполнена на кафедре «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» ФГОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет».

Научный руководитель:

Кандидат технических наук, доцент

Хабаров Петр Сергеевич

Доктор технических наук, профессор

Лубенко Владимир Николаевич

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор

Панченков Анатолий Николаевич

Кандидат технических наук, доцент

Шмаков Виктор Михайлович

Ведущая организация:

ОАО «Центральное конструкторское бюро по судам на подводных крыльях им. Р.Е. Алексеева»

Защита состоится « 17 » апреля 2008 г. в 14 часов в ауд. 1258 на заседании диссертационного совета Д.212.165.08 при Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603950, ГСП41, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24. Факс: (831)4-36-94-75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета.

Автореферат разослан « 12 » марта 2008 г.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными печатью, просим направлять на имя Учёного секретаря диссертационного совета.

Учёный секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук

Е. М. Грамузов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Развитие судостроения связано с непрерывным совершенствованием его теоретической и практической базы, с поиском новых принципов движения и видов энергии, новых материалов и конструктивных решений, с разработкой эффективных методов проектирования и постройки судов. Среди этих направлений важное место занимают исследования, связанные с обеспечением мореходных качеств судов.

Основной теоретической базой для развития теории корабля, занимающейся изучением мореходных качеств, служит гидромеханика наука о движении и равновесии жидкостей и газов. Гидромеханика позволяет теоретически осмыслить задачу и установить общие закономерности исследуемого явления, более детальное изучение которого ведется экспериментальными методами на современных гидродинамических установках.

Снижение сопротивления одна из наиболее сложных проблем, связанных с движением тел в жидкости. Наиболее простой путь изменение формы корпуса. Выбирая удлиненный корпус с острыми обводами, мы тем самым снижаем давления, действующие на него со стороны воды. Это приводит к уменьшению размеров возникающих волн и силы волнового сопротивления, однако не всегда дает желаемый результат, поскольку возможности снижения сопротивления путем улучшения формы обводов и других известных конструктивных решений практически исчерпаны.

Остается два пути: либо вывести корпус судна за границу раздела вода воздух и двигаться только в одной среде, либо перейти на полупогруженные и подповерхностные суда (однокорпусные и многокорпусные). Первый путь связан с движением под свободной поверхностью (подводные суда) или над свободной поверхностью (суда на подводных крыльях и воздушной подушке). Для малых судов возможно также использование режима глиссирования. Второй путь направлен на уменьшение площади действующей ватерлинии, придания ей острых и тонких очертаний. Все эти пути решения проблемы позволяют резко снизить гидродинамическое сопротивление за счет исчезновения его доминирующей составляющей — волнового сопротивления.

Встает вопрос: нельзя ли увеличить скорость судов, если сделать их корпуса меняющейся формы Известно, что некоторые животные, при определенных условиях, имеют большую скорость движения в воде, например, дельфины, кальмары. В российской и зарубежной научной литературе неоднократно описывались попытки выявить этот секрет движения с точки гидродинамики, которые не дали положительных результатов.

В данной работе исследованы гидродинамические характеристики пульсирующего эллипсоида вращения при продольном движении в направлении его большой оси в безграничной идеальной несжимаемой однородной жидкости и предпринята попытка выявить гидродинамический эффект, который приводит к увеличению его скорости.

Цели работы

Целями диссертационной работы являются:

  • изучение гидродинамических характеристик пульсирующего эллипсоида вращения при продольном движении в направлении его большой оси в безграничной идеальной несжимаемой однородной жидкости;
  • получение выражений для описания и расчета гидродинамических характеристик безграничной идеальной несжимаемой однородной жидкости на пульсирующей поверхности вытянутого эллипсоида вращения при продольном движении в направлении его большой оси;
  • исследование влияния на движение эллипсоида вращения изменения скорости движения и скорости изменения форм-объема.

Основные задачи исследования

К основным задачам исследования относятся:

  • определение потенциала скорости жидкости, вызванного продольным движением в ней пульсирующего вытянутого эллипсоида вращения в направлении его большой оси;
  • исследование гидродинамических характеристик потока жидкости при движении в ней пульсирующего вытянутого эллипсоида вращения таких, как гидродинамическое давление жидкости, кинетическая энергия потока жидкости и его гидродинамическая реакция, действующая на тело;
  • исследование работы, совершаемой гидродинамической реакцией потока жидкости за период при различных законах изменения скорости движения и скорости изменения форм-объема тела;
  • выявление гидродинамического эффекта вследствие различных законов изменения скорости движения пульсирующего эллипсоида вращения и изменения форм-объема.

Методы решения задач исследования

Для решения поставленных задач исследования использованы следующие методы:

  • метод распределения гидродинамических особенностей на большой оси вытянутого эллипсоида вращения, позволивший заменить его твердую поверхность жидкой границей;
  • классический метод решения внешней задачи Неймана для отыскания потенциала жидкости, вызванного продольным движением в ней пульсирующего эллипсоида вращения;
  • метод математического программирования на языке Object Pascal для расчета работы реакции потока жидкости на примере движения тела морского животного.

Достоверность результатов работы

Достоверность результатов работы доказана, поскольку:

  • справедливость найденного выражения потенциала доказывается его удовлетворением уравнения сплошности;
  • положительный гидродинамический эффект подтверждается при расчете работы гидродинамической реакции потока жидкости на примере движения тела морского животного.

Научная новизна работы

Научная новизна работы состоит в следующем:

  • впервые найдено выражение потенциала скорости безграничной идеальной несжимаемой однородной жидкости, вызванной продольным движением в ней пульсирующего вытянутого эллипсоида вращения в направлении его большой оси; найденное выражение потенциала позволило впервые рассчитать гидродинамические характеристики жидкости такие, как гидродинамическое давление жидкости, кинетическая энергия потока жидкости и его гидродинамическая реакция, действующая на тело;
  • при исследовании работы гидродинамической реакции потока жидкости за период, действующей на поступательно движущийся в ней пульсирующий эллипсоид вращения, с различными законами изменения скорости движения и скорости изменения форм-объема тела впервые удается выявить гидродинамические эффекты этой реакции.

Практическое значение работы

Приведенное исследование имеет практическую ценность, так как его результаты могут быть использованы:

  • при расчете и проектировании судов с меняющейся формой, эластичных емкостей для перевозки различных видов жидкостей в реках и морях.
  • при изучении механики сплошных сред и механики тел меняющейся формы на лекционных и семинарных занятиях в высших учебных заведениях.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы были представлены на 49-ой Международной научной конференции, посвященной 75-летию основания Астраханского государственного технического университета (АГТУ) (г. Астрахань, 2005 г.); XXV Российской школе по проблемам науки и технологий, посвященной 60-летию Победы (г. Миасс, 2005 г.); 50-ой научно-технических конференции профессорско-преподавательского состава АГТУ (2006 г.); итоговых научных конференциях Астраханского государственного университета (г. Астрахань, 2005, 2006 гг.); расширенном заседании кафедр теории корабля и гидромеханики, строительной механики корабля и сопротивления материалов, кораблестроения и океанотехники факультета морской и авиационной техники Нижегородский государственный технический университет (г. Нижний Новгород, 2007 г).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Объем и структура диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 126 страниц, в том числе 9 рисунков. Список использованной литературы состоит из 127 наименований.

Основное СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и задачи диссертационной работы, методы решения, раскрываются научная новизна и практическая значимость.

Первая глава посвящена анализу проблемы определения гидродинамических характеристик осесимметричных тел в идеальной жидкости и применения результатов этих исследований в кораблестроении, а также обзору методов отыскания потенциала скорости жидкости, вызванного движущимися в ней телами; был выбран оптимальный метод для нахождения потенциала скорости безграничной идеальной несжимаемой однородной жидкости, вызванного поступательным движением в ней пульсирующего вытянутого эллипсоида вращения в направлении большой оси.

Проблема определения гидродинамических характеристик осесимметричных тел рассматривается в работах М.А. Лаврентьева, Г.В. Логвиновича, Л.Ф. Козлова, В.В Бабенко, С.В. Першина, В.Е. Пятецкого, А.П. Макарова, В.П. Каяна, М.М. Лаврентьева, Г.А. Воропаева, И.В. Леоненко, Б.В. Шабата и др. Проведен анализ применения результатов этих исследований в кораблестроении.

Для отыскания потенциала скорости осесимметричных твердых тел существуют различные приближенные методы.

Универсальным методом отыскания потенциала скорости осесимметричных твердых тел является метод распределения гидродинамических особенностей на их смоченной поверхности. Задача отыскания потенциала сводится к неоднородному интегральному уравнению Фредгольма второго рода. Как правило, для его решения используются приближенные подходы, и в итоге это приводит к необходимости решения системы порядка 400 алгебраических уравнений.

Известны приближенные решения задачи отыскания потенциала скорости для твердых тел Ф. Айзенберга, Э.Д. Блоха и А.С. Гиневского, В.В. Васильевой, В.А. Степанова и Б.В. Степанюка, Сабанеева, Г.И. Верникова и М.И. Гуревича, О.В. Воинова и М.И. Гуревича, и др. Общим недостатком всех перечисленных приближенных методов является отсутствие анализа состояния граничного условия, поэтому трудно судить о достоверности приближенных методов.

Далее в главе проведен аналитический обзор приближенных методов отыскания потенциала скорости для тел меняющейся формы, движущихся в безграничной идеальной несжимаемой однородной жидкости. Для решения этой задачи использовался, в основном, метод гидродинамических особенностей, которые распределяются на фокальной оси тел вращения. Применение этого метода в работах Ю.И. Фадеева; П.С. Хабарова; П.С. Хабарова и Р.В. Сорокина дает решение высокой точности.

В итоге аналитического обзора методов отыскания потенциала скорости жидкости был выбран метод гидродинамических особенностей с осевым распределением диполей вдоль большой оси вытянутого эллипсоида вращения, где граничные условия на поверхности удовлетворяются в целом (а не поточечно, как в других методах), который позволил решить внешнюю задачу Неймана для поступательно движущегося и пульсирующего эллипсоида вращения в безграничной идеальной несжимаемой однородной жидкости. Указанный метод является приближенным, но дает высокую точность решения.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»