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水下航行体表面空泡形成过程的研究

周冰  
【摘要】: 发展了一种在运动网格中求解二维静止流体中运动物体超空泡形成过程的数值模拟方法。采用雷诺时均化方程、k-ε双方程模型。通过应用动网格法克服了由于固定模型引起的无法计算物体上浮和入水的问题。以SIMPLE算法为基础,采用交错网格技术,利用G-S迭代方法求解按控制容积法得到的离散代数方程。在定常假设下,计算了二维流体绕过静止物体时超空泡形成过程和二维静止流体中运动物体超空泡形成过程。 本文主要研究了不同流体速度不同喷气速度下二维流体绕过静止物体时超空泡形成过程和二维静止流体中运动物体超空泡形成过程。计算结果表明,随着喷气速度的增大液体表面的气泡形成并变大液体绕流模型时的速度增大,模型上浮过程中气泡的形状与水平运动时有明显的不同,模型由气体入水时的气泡生成过程与水洞中的气泡生成过程不同。与相关实验数据进行了对比研究,数值结果与实验吻合很好。 由此可以得出,当产生超空泡以后,继续增加喷气速度对于提高模型的气体包裹质量和提高模型的运动速度同样具有作用。为了避免产生严重后果我们应该考虑将水下航行体上浮速度控制在一个范围之内。水下航行体使用火箭发动机作为推动装置是可行的。


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