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基于两流体模型通气超空泡数值模拟及加速度影响分析

杨明  
【摘要】:超空泡减阻技术是实现水下航行体高速航行的新原理和新途径,其减阻的主要原理是利用在航行体表面形成的气层使周围液体与航行体表面相隔离,减少其沾湿面积,从而大幅度的降低了航行体的粘性阻力。超空泡的理论研究过去主要是应用势流理论,近十几年出现了应用基于N-S方程来处理空泡流研究。现有的空化模型在自然空化仿真研究中取得了较好的效果,但通气超空泡的仿真大多采用均质平衡流理论,与实验结果存在较大的偏差。本文采用两流体模型和动网格技术,考虑了水-气两相间的相互作用及重力效应,对空化器和超空泡航行提进行了数值仿真研究。具体研究工作如下: (1)比较了不同湍流模型对通气率的影响,通过数值模拟复现了通气超空泡在不同通气率条件下的发展过程,对网格进行了无关性验证,分析了有无水洞洞壁对三维航行体通气超空泡形态和阻力上的影响。 (2)采用两流体模型和SST湍流模型,考虑了水-气两相间的相互作用及重力效应,对有界流场和无界流场中比尺效应对通气超空跑的影响进行研究,得到了空泡形态和阻力上的规律,并给出了无界流场中的通气率与形态公式。 (3)通过改变模型的特征长度来改变弗鲁德数的大小,从另一角度观察了弗鲁德数的变化对空泡上漂的影响。 (4)利用动网格技术,让空化器加速运动,能更好的模拟实际流动中不同加速度对超空泡的影响,分析了自然空化和通气空化两种情况下不同加速度对超空泡形态和阻力的影响。


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