基于ANSYS和FLUENT的海底沉积物原位保真采样系统性能分析
海底沉积物采样是海洋环境与资源调查的基本手段之一，采样的可靠性在很大程度上依赖于采集样品的保真度，这对海底采样设备提出了很高的性能要求。针对目前国内外海底沉积物采样器存在的不足之处，本文提出了一种海底沉积物原位保真采样系统的设计方案，并利用ANSYS和FLUENT工程分析软件，对采样系统的贯入采样特性、海流冲刷作用下保温保压性能和水动力性能进行了深入研究，获得了一系列海底沉积物采样系统的优化设计参数，对高性能海底沉积物保真采样系统的设计具有重要的参考价值。本文的具体研究内容如下：
1.基于对海底沉积物工程地质特性的了解，依据球形孔扩张理论，建立了采样器贯入采样力学模型，分析了采样过程中影响采集样品状态的因素，推导了采样器贯入深度及阻力计算公式，为高保真采样系统设计提供了理论依据。
2.依据能量守恒和瞬态换热理论，采用ANSYS10.0软件，构建了采样器保真装置保温效果的有限元模型，并进行了温度场的数值计算，揭示了采样器保真机构和样品的温度分布情况，据此得出了三种能满足保温指标的样品筒保温方法；在仿真和实验分析保温效果影响因素的基础上，优化分析了样品筒保温层的相关参数，给出了满足设计指标的保温层厚度和导热系数的取值范围，为保温装置设计提供了依据。
3.根据流体动力学理论，采用有限体积法求解流体的不可压缩雷诺平均方程(RANS)，通过FLUENT6.2软件对采样器的自由下落过程和采样贯入过程的动力性能进行了非稳态数值模拟，对影响采样器数值计算结果的因素，如湍流模型和网格大小等，进行了深入分析，并将分析结果与相应实验数据进行了比较，旨在考虑不同模型下计算结果之间的差异，还采用五种不同的网格大小尺寸对每种模型行了对比分析，比较了近壁面网格尺寸大小对计算结果的影响，最后给出了适合采样器的湍流模型和网格尺寸大小。分别针对采样器在不同抛落速度、不同攻角、不同采样地质状态三种情况下的粘性流场分布和阻力性能进行了数值计算研究，得出了采样器的压力、速度分靠以及升、阻力系数曲线，所得计算结果与理论公式和经验公式相比较，结果表明仿真结果与实际吻合，在采样器的水动力性能研究方面具有很高的参考价值。
海底采样器;海底沉积物;保真采样系统
中国海洋大学
硕士
工程热物理
刘贵杰
2009
中文
P736.21
84
2009-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）