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1. 研究目的与意义(文献综述)
目的及意义:
当旋转圆柱体受到横向流动的流体作用时,圆柱体周围的流体的速度将发生改变,并且圆柱体自身将产生一个方向的升力,这就是马格努斯效应。在船舶与海洋工程领域,为了减轻船舶的横摇运动,圆柱形旋转式减摇装置作为一种新型减摇装置应用在船舶上,其原理主要是基于马格努斯效应在一定的来流速度下通过旋转翼的旋转产生升力和扶正力矩来达到减摇的目的。除此之外,在该领域,马格努斯效应还应用在转柱舵、风筒推进装置、马格努斯螺旋桨和发电机等设备上,而且能够带来很大的效益。尽管马格努斯效应的发现已有100多年,但真正深入地开展其应用研究只是近几十年的事。由于马格努斯效应具有其独特的优点,相关的研究越来越受到重视,而且现如今马格努斯效应已广泛应用在飞行器、风力发电、球类运动等各个工程领域,因此积极开展对其在船舶领域应用的研究和试验必将有助于推动船舶工业的发展。
要合理的应用马格努斯效应,需要了解其升力或者阻力特性。但国内外马格努斯效应的研究大部分都是基于空气动力学,水中的马格努斯效应的研究偏少,流体动力学特性不完全清晰,因此开展相关的研究具有很大意义。相关的研究方法有理论计算,模型试验和数值模拟。由于实验条件的限制,模型试验可能存在尺度效应、流场扰动、测量精度等因素的影响,造成实验结果产生误差,而且,模型试验还存在耗时长,耗资大等弊端。随着计算机技术的发展,计算流体力学作为一种有效解决流动问题的手段出现,数值模拟具有快速、经济、可靠的优点,并且可以提供计算域中流场的详细信息。因此,越来越多的研究人员将数值模拟应用于工程问题。
2. 研究的基本内容与方案
基本内容:
1、学习马格努斯效应及圆柱绕流水动力特性相关理论知识。
2、学习cfd方法基本理论及其在圆柱绕流水动力计算的应用。
3. 研究计划与安排
第1周:查找文献,阅读文献。
第2周:开始撰写开题报告。
第3周:完成开题报告的撰写和上传。
4. 参考文献(12篇以上)
[1] 彭东升. 马格努斯效应及其在船舶上的应用[j]. 江苏船舶, 1990 (02): 23-25.
[2] 杜雪. magnus旋转式减摇装置的设计及其控制特性研究[d]. 哈尔滨工程大学, 2016.
[3] 李燕玲. 高雷诺数下圆柱绕流的三维数值模拟[d]. 中国计量学院, 2014.
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