论文部分内容阅读
近年来,国外应用通气超空泡原理,达到了减阻和突破速度极限的目的,并在高速水下兵器的科研方面取得了突破性进展。目前,国内这方面研究刚刚起步,急待深化。
本文主要研究重力效应对于通气空泡的影响。建立了基于VOF 多相流模型的适用于求解通气空泡流的数学模型,并运用流体商业软件FLUENT 求解流场。求解过程中没有考虑可能产生的自然空泡,同时忽略气体和水的可压缩性。
本文首先数值模拟了忽略重力时的绕圆盘通气空泡流,建立了适用于模拟通气空泡流场的数学模型,同时比较了不同湍流模式下的计算结果。随后,研究了重力场作用下的绕圆盘通气空泡流,分析了重力场对于空泡形态及流场参数的影响,考察了不同空化数σ、不同弗罗德数Fr下的重力效应。最后,模拟了重力场作用下的绕航行体通气空泡流。比较了考虑重力作用与忽略重力作用两种情况下流场的区别。研究了不同空化数σ下重力对于带后体的通气空泡流的影响。
主要的研究成果如下:
(1)数值模拟了无重力作用下绕圆盘通气空泡流,发现标准k Ε湍流模型计算得到的空泡长度比k RNG Ε模型的计算结果更接近P.Garabedian 给出的关于自然空泡形态的解析解,但空泡半径与解析解相差较大。
(2)对重力场下的绕圆盘通气空泡进行了模拟,得到了在重力场中不同空化数σ及弗罗德数Fr 下通气空泡的形态。与Buyvol 给出的关于自然空泡重力效应的分类准则比较后发现这一准则仍适用于绕圆盘通气空泡。此外还发现,重力场对于空泡的长度影响不大,但会减小空泡的最大半径。相同Fr数下,空泡轴线的上浮量随空化数的减小而增大,但空泡轴线的曲率随空化数的减小而减小。
(3)计算重力场下绕航行体通气空泡发现,在重力的作用下空泡的轴线总体上浮,但在弹体底部附近轴线有一定的下降;空泡截面也会发生变形,弹体上的空泡截面呈现出“月牙”形。弹体表面的阻力会随着空化数的减小而减小,并且随着空泡完全包裹住弹体前部的锥体,阻力会出现突降。
今后的工作将致力于模拟更接近于真实流场的通气空泡流,考虑通入气体的可压缩性及流动中可能产生的自然空泡。并且通过对大量工况的数值模拟,总结出适用于绕航行体通气空泡流场的重力效应的分类准则。