充氣參數(shù)對超空泡形態(tài)影響的數(shù)值模擬.pdf

1、由于高速流動導(dǎo)致液體壓力低于飽和蒸汽壓而急劇汽化，或通過注入不可凝結(jié)氣體在液體中生成含汽或氣的低密度空穴，稱為空泡。超空泡發(fā)生時，除水下航行體頭部與水接觸外，整個繞流體的近壁區(qū)域內(nèi)是氣、汽、液的多相混合流，涉及到了多相流、紊流、質(zhì)量轉(zhuǎn)換、可壓縮性和非定常等復(fù)雜流動機(jī)制。 本文采用理論分析、機(jī)理試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對水下航行體通氣空泡形態(tài)、流動結(jié)構(gòu)、非對稱性以及超空泡減阻機(jī)理等關(guān)鍵問題展開研究。以描述空泡的瑞利方程為起點(diǎn)，

2、合理得出空泡與水之間的質(zhì)量輸運(yùn)關(guān)系，同時用有限容積法求解納維—斯托克斯方程組與描述湍流的κ-ε方程組。文中采用雙方程模型(標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型)，利用FLUENT6.2的自然空化模型，模擬出汽液兩相的自然空泡流，得到計算結(jié)果與經(jīng)典實(shí)驗(yàn)對比相一致。同時基于Reynolds平均N-S方程，在Mixture兩相流模型框架內(nèi)，采用有限體積方法和分離算法，模擬了氣液兩相穩(wěn)態(tài)通氣空泡流，壓力系數(shù)分布顯示該計算條件下的水洞中充氣過程模擬必須要自然空化作用。

3、結(jié)合以上兩種空化模擬結(jié)果，本文建立了模擬通氣空泡復(fù)雜流場的多相流模型?；贛ixture多相流模型，在穩(wěn)態(tài)自然空泡計算結(jié)果基礎(chǔ)上，對通氣空泡進(jìn)行了瞬態(tài)數(shù)值研究，實(shí)現(xiàn)了氣、汽、液多相通氣空泡流的模擬。通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論值的對比，驗(yàn)證了模型的有效性和計算精度，計算結(jié)果顯示隨著通氣量的增大，空泡尺寸變大，形成超空泡后繼續(xù)增加通氣量，空泡尺寸變化不大。目前國內(nèi)有關(guān)自然空泡流的研究大多建立在數(shù)值模擬基礎(chǔ)上，而通氣空泡流研究主要通過水洞試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，