小孔射流流场气液多相流动特性研究

【摘要】：潜射航行体表面设计有大量排气孔,在水下发射及上浮过程中,周围环境压力逐渐改变,航行体内部空腔与外部环境之间的压力差使空腔内气体不断通过排气孔排出,产生小孔射流现象。小孔射流是一种包含非定常、湍动、气液两相作用等复杂因素的空泡流动,排气孔设计不当可能会造成排气不及时,影响航行体结构安全,干扰水中运行轨迹。针对小孔射流过程的气液流动特性研究,有助于对水下航行体的排气孔结构进行优化,从而进一步优化水下航行体水动力特性,为实际工程应用提供参考。本文主要研究内容及成果如下:开展了小孔射流过程气液多相流动特性水洞试验及数值计算方法研究。设计了多排间距多孔射流实验所用平板模型。开展了单孔射流与双排孔射流的流场气液多相流动特性值计算研究,基于均质平衡流模型理论的基本方程、湍流模型以的基本理论,建立了小孔射流气液流动特性的数值模拟方法,并将数值模拟结果将试验得到的结果进行了对比,验证了数值模拟方法的有效性以及网格无关性。开展了单孔射流水洞试验与数值模拟。针对不同压比、不同横流速度等流场参数的单孔射流工况,得到了空泡形态、模型表面压力系数、无量纲横向速度、涡量等流场流动特性随横流方向、竖直方向、边侧方向的渐变曲线。总结了空泡形态、表面压力系数、特征横向速度、涡量等流场特性随着压比、横流速度变化的规律。结合实验与数值模拟中的压力场、速度场、涡量场,得出高横流速度环境下通气量、通气率分别是影响空泡宽度、空泡厚度的影响因素。开展了双排孔射流流场水洞试验与数值模拟。针对不同压比、横流速度研究了双排孔的空泡形态、压力场、速度场、涡量场分布以及压比、横流速度对其的影响。通过与单孔射流流场流动特性的对比,得出了双排孔的流场环境更加良好的结论。针对不同排间距的双孔射流工况,研究了双排孔排间距对空泡形态等压线、等速度线、等涡量线等流场流动特性的影响,得到了排间距对流场流动特性影响的规律。