波浪对水翼非稳态空泡流动特性的影响研究

基于雷诺平均Navier-Stokes方程、Singhal-Et-Al全空化模型和修正的RNG k-ε湍流模型的VOF多相流动数学模型,采用PISO算法的有限体积法和数值水池技术,对波浪作用下NACA0012水翼的非稳态空泡流动特性进行了数值研究,分析了波高和水翼浸深对水翼非稳态空泡的形态演化和脱落频率的影响.计算结果表明:空泡非稳态周期性脱落频率随波高的增加而增加,随水翼浸深的增加而逐渐减小.与无波情况相比,空泡在波谷处提前断裂,空泡形态也因为波谷下方速度场的影响而向上鼓起.由于自由液面的界面效应,空泡形态较无界情况偏扁,并且液面对脱落涡系有吸引作用.     

绕二维对称水翼的通气空泡流数值研究

本文通过有限体积离散方法求解Reynolds平均Navler—Stokes方程，采用VOF法追踪气一液两相交界面。研究了在高压低速来流，即本质上不发生自然空化的条件下，绕二维对称水翼的非定常通气空泡流动。分析了物理参数——通气方向角和攻角，对通气空泡外形、稳定性及水动力参数的影响。计算结果表明：在通气空泡的形成过程中，通气方向角存在着一个临界值，使得空泡形态由片状空泡过渡到超空泡；特定的参数组合将会诱发空泡表面出现波动现象。而且，当攻角做周期性变化时，水动力参数的变化也随之满足周期性规律，且出现阶段性振荡。     

回转体空泡流特性研究

利用CFD商业软件F1uent 6．0中的基于Rayleigh-Plesset方程的单一介质可变密度混合模型进行了回转体空泡流特性研究。首先采用二维轴对称求解器进行了不同头体的空泡几何特性研究,及局部空泡阻力特性分析,探索了空泡减阻的机理。然后采用三维求解器进行了非零攻角空泡流及超空泡数值模拟。给出了较易产生空泡的头型,与实验结果符合得较好;得到了零攻角和非零攻角情况下的双空泡及超空泡形态。     

带空泡运动航行体的附加质量研究

提出了确定带自然空泡运动物体附加质量的方法.这一方法基于在数值水洞中作摇荡运动物体的水动力计算, 包括两个主要步骤:首先采用CFD技术模拟空泡流场,求解水动力;然后根据物体运动方程,由水动力计算出附加质量.研究了带自然空泡圆盘和轴对称细长体的附加质量.计算结果与理论解一致,验证了本文方法的有效性.与切片法相比,本文方法可以更为准确地定量预报带空泡运动轴对称细长体的附加质量.     

通气空泡流的多相流模型与数值模拟

本文基于Reynolds平均Navier-Stokes方程和Mixture多相流模型．并耦合自然空泡模型,提出一种用于求解通气空化与自然空化共同作用下的通气空泡流的方法。模拟了定常状态下绕三维轴对称体的通气空泡流动,验证了模型的有效性;并着重研究了通气量对通气气幕及水动力特性的影响。计算结果表明,适当的通气世对产生稳定有效的超空泡是十分重要的。     

水下航行体尾喷燃气与通气超空泡相互作用的研究

基于Reynolds平均Navier-Stokes方程和Mixture多相流模型,耦合自然空化模型,采用有限体积法,建立了气、汽、液多相通气空泡流和燃气射流的数值模拟方法,模拟了超空泡航行体尾部燃气射流与通气空泡的相互作用,研究了通气量和燃烧室总压对它的影响.计算结果表明:燃气射流对于通气空泡流具有引射作用,使得空泡尺度特别是其后部明显收缩,空泡变短,"颈缩"位置前移,航行体阻力系数变大,导致泄气截面面积减小,并影响泡内的压力分布.     

通气空泡重力效应研究

该文基于VOF方法和有限体积法,求解气水多相流动的RANS方程及标准湍流模式,研究了通气空泡的重力效应.结果表明模拟得到的绕圆盘通气空泡的重力效应与Buyvol的分类准则吻合,通过数值模拟复演了通气空泡的双涡管泄气模式;证实由于与尾空泡的相互作用,重力作用下绕航行体通气空泡在尾部附近出现下沉,航行体上的空泡截面呈现出"月牙"形;阻力随空化数而减小,并在空泡完全包裹住航行体前部锥段时出现突降.     

水下超声速燃气射流动力学特性研究

该文研究水下超声速喷管燃气射流动力学特性.采用基于均质平衡流的mixture多相流模型和标准湍流模式,运用有限体积法和SIMPLE算法,求解了不同工况下的二维水下燃气射流的湍流流动.考虑了流体的可压缩性、黏性、重力作用、气水掺混效应和能量交换等复杂因素.通过对不同扩张比、不同水深和不同来流情况下喷管射流流场的数值计算结果的比较与分析,发现在环境背压较大的情况下,大扩张比喷管燃气射流会产生颈缩、断裂和回击现象;而小扩张比喷管和有来流情况下,喷管燃气射流形态较稳定.     

导弹垂直发射出筒过程中通气空泡流研究

将通气空泡技术应用于导弹水下垂直发射出筒过程,通气空泡是高速航行体获得稳定空泡的一种重要技术。采用基于Mixture多相流模型的有限体积法求解RANS方程,结合动网格技术,对水下垂直发射导弹出筒过程的轴对称流场进行了数值模拟,研究导弹的流体动力特性和通气空泡的演化。结果表明通气空泡可减小导弹出筒过程中的阻力和改善导弹的流体动力载荷。     

计算非定常兴波问题的新方法

在线性化自由液面条件的假定下,采用格临函数方法和卷积理论,可以得到封闭形式的三维非定常厚度问题和升力问题的扰动速度势的解析解,它们是由液面下物体和水翼的任意运动所产生的。一般来说,总的速度势由三部分组成,即φ=φ_1 φ_2 φ_3,其中φ_1是无界流体中奇点分布所诱导的速度势,φ_2表示其映象势,而φ_3是兴波势,它包含了奇点分布作用的记忆效应。利用函数sin[(gk)~(1/2)(t-τ)]的多项式展开,发现了φ_2和φ_3之间所存在的类似之处,从而得到了二者的简单的微分关系。应用这一关系,最为费时的φ_3的计算工作量可以显著减少,由于避免了具有奇性的格临函数的积分运算,因此这一方法不仅有助于非定常兴波问题的研究,而且也可用于解决定常问题。 本方法的局限在于收敛随着佛鲁特数的降低而变慢。