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基于多相流的通气超空泡形态研究

徐志程  
【摘要】: 由于高速流动导致液体压力低于饱和蒸汽压而急剧汽化,或通过注入不可凝结气体在液体中生成含汽或气的低密度空穴,称为空泡。空泡长度接近或超过物体长度时称超空泡。超空泡发生时,除水下航行体头部与水接触外,整个绕流体的近壁区域内是气、汽、液的多相混合流,涉及到了多相流、紊流、质量转换和非定常等复杂流动机制。 本文采用理论分析、数值模拟与试验相结合的方法,对水下航行体通气超空泡形态问题展开研究。 首先,本文对通气空泡流的建模和相应的计算方法作了初步的研究。主要是:研究了FLUENT6.2中的两相、三相空泡流数学模型,选择了适合于求解所建立的模型方程的计算方法和相应的湍流模型及壁面处理方法。 其次,分析了部分尾支撑对空泡形态的影响;分析了湍流模型对空泡形态的影响;分析了边界条件的湍流参数对空泡形态的影响;分析了FLUENT6.2中自然空化模型中不可冷凝气体(气核)对自然空泡形态的影响;模拟了三相通气空泡的时间演化过程;同时分析了问题的特点,并提出了一些新的想法。 最后,通过数值模拟工作,得出了通气率与通气空泡形态之间的关系。同时开展了相应的试验研究,验证了数值模拟的结果。通过对试验结果和数值模拟结果作比较,分析讨论了二者之间的异同点,其误差有待进一步研究。


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