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非轴对称空化器超空泡流数值研究

徐清沐  
【摘要】:现代海战中,水下兵器的打击速度在战场上起着至关重要的作用。传统水下兵器的最高航速约在50-55节,如何提高水下航行体的航速一直以来都是科研工作者所重视的课题。常规方法如增大发动机推进功率,采用高分子、粘弹性材料减阻等办法并没有达到很好的效果。超空化减阻技术的出现和发展很好地解决了这一难题。 超空化情形下,水下航行体大部分被空泡包围,仅头部和尾部与水接触,可将阻力降低达90%以上,从而大大提高航速。超空化减阻的关键在于形成合适的超空泡,所以,针对诱发超空化现象发生的空化器的研究就显得尤为重要。 有别于圆盘、圆锥、半圆头等常规形状空化器,本文对带凹槽或带凸起的圆盘空化器超空泡流进行数值模拟研究,并与圆盘空化器的结果进行对比分析,给出了所形成超空泡的形态特征及空化器水动力特性。数值模拟主要分以下两部分进行: 首先研究了不同形状空化器的自然超空泡流,建立了适用于模拟空泡流的精确度较高的数值模型。对0°攻角及带攻角空化器的超空泡流进行数值模拟,给出了不同条件下的空泡形态特征、水动力特性,研究了流场分布与空泡形态之间的关系。并给出空泡形态、升阻力特性及其与空化数之间的关系。 模拟了不同形状空化器的通气超空泡流,分别讨论了忽略重力作用及考虑重力作用情况下的空泡形态特征,给出了不同通气率条件下的空泡形态,并与自然超空泡结果对比。讨论了不同条件下通气空泡的流场分布及泄气模式。


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