圆盘空化器超空化绕流流场结构及动カ特性的数值分析

应用均质平衡流模型对圆盘空化器超空化非定常绕流流场进行数值计算研究。为了更准确地捕捉流场的非定常特性，通过对ANSYS_ CFX10.0软件的二次开发引入了基于滤波器的湍流模型，空化模拟则采用基于Rayleigh-Plesset方程的质量传输模型。在此基础上，计算了绕圆盘空化器超空化形态及升力和阻力随时间的变化曲线。计算结果显示：绕圆盘空化器的超空化流场可分为上游的高含汽率区和下游的汽液交混区，前者形成稳定的驻涡而具有稳定的空泡形态，后者则随着尾部涡团的交替发展而逐渐向下游扩展，最后稳定为拟圆锥状空化带；在超空化形戍过程中，圆盘空化器可迅速获得稳定的升阻力。     

涡环泄气方式下通气空化的非定常流动特性研究

为了了解涡环泄气方式下通气空化的非定常流动特性,采用实验和数值计算的方法研究了绕锥头回转体通气空化流场。数值计算中,为了精确捕捉由于分离流动而产生的旋涡结构采用了基于空间尺度修正的滤波器模型（FBM）. 实验中,采用高速录像技术观察了对应工况下绕锥头回转体通气空化的空泡形态。研究结果表明：数值计算与实验结果取得较好的一致;通气空化的非定常流动现象为空泡尾流区云雾状空泡团的断裂脱落过程;空泡闭合位置的高压与空泡区域的低压形成较大逆压梯度,使空泡区域出现流动分离,进而在空泡区域产生复杂的旋涡结构,此旋涡结构与主流相互作用引起了空泡断裂,从而产生了脱落空穴涡。     

高速水下航行体超空化通气参数数值研究

超空化技术是水下航行体减阻增速的一种重要方式。通过求解N-S方程,利用两方程湍流模型和全空化模型对通气空化流场进行了数值模拟,研究了通气参数对空化流场结构的影响,揭示了通气超空化减阻机理和场内流动状况,分析了超空化航行体阻力特性,数值结果表明供气量是决定空泡形态和超空化航行体减阻效果的最关键因素,供气位置和方向对空泡形态及水动力特性的影响并不显著。     

跨声速运动对射弹阻力及空化特性的影响

为研究在跨声速运动过程中超空泡射弹的流体动力特性和流场的空化情况,基于流体体积分数多相流模型、Schnerr-Sauer 空化模型、Realizable k-ε湍流模型、Tait液体状态方程和运动框架模型构建了可压缩超空化流场的数值模型,通过与文献\[11\]试验结果进行对比,完成模型验证,采用数值方法模拟在马赫数为0.202~1.281速度范围内射弹的外流场。研究结果显示：跨声速运动过程中超空泡射弹的阻力系数与流场驻点的密度峰值有关,随速度的升高而显著增大;激波对弹体附近超空泡的形态和尺度有显著的影响,亚声速工况下超空泡尺寸与理论值接近并且受速度的影响很小,超声速工况下超空泡的尺寸随速度的增加而大幅度减小。研究结果对超空泡射弹的外形设计和弹道预报有参考价值。     

三维非定常水下超空泡射弹大涡模拟研究

基于N-S方程及PISO算法,考虑气液间相变,采用大涡模拟湍流模型和VOF方法,对绕三维水下超空泡射弹的非定常空泡流动进行了数值模拟.通过计算结果得到了超空泡的形成过程.计算了不同攻角条件下的超空泡形态,给出了射弹表面的空泡厚度分布曲线.计算了不同空化数条件下的超空泡无量纲长度和厚度,计算结果与实验数据吻合较好.计算结...     

尾部喷流对超空泡流动影响试验技术研究

尾部喷流与超空化流场的相互影响涉及空化流动以及带相变的复杂多相流问题,就目前的条件而言,采用数值仿真方法难度很大,试验研究成为主要研究手段.针对如何在水洞开展尾部喷流对超空化流动影响试验,提出了研究超空泡航行体尾部喷流的试验方法, 推导了一个新的相似准则数,为确定研究尾部喷流的试验参数提供了依据.利用商用软件Fluent,对水洞模型试验的支撑方式进行了数值仿真,结果表明,头支撑方式对模型超空化流场影响较小,更适合尾喷问题的试验研究.水洞模型试验验证了数值仿真结果的正确性.     

射流阀门开/闭过程无网格法数值模拟

为研究姿轨控发动机射流换向阀门开/闭过程的复杂流场,采用耦合两方程湍流模型的最小二乘无网格方法进行数值模拟,清晰捕捉到了合理的流场结构与流动特征,成功模拟出附壁流动、主流的切换等复杂的非定常流动状态,给出了主流切换时间,能够客观地反应射流阀的基本切换过程。数值模拟结果为姿轨控发动机射流阀门的设计提供了参考,耦合两方程湍流模型的最小二乘无网格方法在求解射流阀切换过程这一实际工程问题时具有良好的适应性。     

绕弹性水翼非定常流动的动力响应计算研究

选取NACA66水翼作为对象来研究绕弹性水翼非定常流动的水弹性响应特性,采用混合耦合算法针对Re =75 000的不稳定的片状/云状空化（σ=1.4）流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比.数值计算结果与实验结果基本吻合,较好地模拟了非定常空化初生、发展、断裂和脱落的周期性过程.结果显示,在片/云状空化下,弹性水翼的空化脱落频率与相应的实验结果基本一致;扭转振动使空化不稳定程度加剧,形成了波动的不稳定泡状形态.     

某导弹发射箱箱盖开盖角度优化研究

采用求解三维、非定常、雷诺平均的N-S方程的方法,对某车载导弹发射过程中的燃气流场进行了非定常数值模拟。紊流模型采用标准的k-ε二方程模型,计算方法为有限体积法,计算网格为结构化网格。在此基础上研究了箱盖受力与开盖角度之间的关系,给出了最优开盖角度。     

带制退器的膛口燃烧流场并行数值模拟

采用三维非定常化学反应流控制方程组对带制退器的膛口燃烧流场进行了数值模拟,对流项和化学反应源项分别用TVD格式和基元反应模型进行处理,在多台PC机组成的集群并行系统中,基于域分解的思想对带制退器的三维膛口非平衡化学反应流场进行了数值计算.计算结果表明,膛口制退器能削弱膛口流场激波的强度,抑制二次焰的产生.     

水下射弹的空泡形态特性研究

基于Rayleigh-Plesset方程的单一介质可变密度混合模型,建立了水下射弹空泡流动的多相流CFD模型,对水下运动射弹的空泡特性进行了数值模拟,将数值仿真结果与试验数据进行了对比,数值计算与试验结果符合较好.在此基础上,计算了零攻角条件的不同头形空化器及相关参数变化的水下射弹空泡形态特性,分析了空化数、头形、半锥角、空化器直径等对水下射弹运动形成空泡形态的影响.研究结果为进一步研究水下射弹的空泡运动提供了理论参考.     

再生式液体发射药火炮喷嘴内空化流动研究

为研究再生式液体发射药火炮喷嘴内部空化效应对射流雾化的影响,针对常用喷嘴结构建立了Euler多相流模型和空化模型,研究了喷嘴内部的空化流动现象,分析了喷嘴结构形式、内部倾斜角和喷射压力对喷嘴内部空化流动与喷嘴出口流动状态的影响规律。结果表明:RNG k-ε湍流模型比k-ε湍流模型更适于分析喷嘴内的空化流动现象; 圆柱形和圆锥形喷嘴内部均发生空化流动现象; 增大圆锥形喷嘴倾角导致空化增强,气液掺混区域变大,但流动速度受阻; 大于10 MPa的喷射压力有利于形成稳定的空化流动。研究结果为优化喷嘴结构设计提供了理论依据,为进一步研究射流在燃烧室内的破碎、雾化、蒸发和燃烧过程提供了上游边界条件。     

细长圆柱体水中无约束运动的附加质量计算方法探析

从细长圆柱体在水中无约束运动特性,分离出附加质量关联因素;针对细长圆柱体呈现的全湿状态或带空泡状态两种情况,分别采用细长体切片理论和空泡固化的方法,探析细长圆柱体在水中运动附加质量的数值计算方法,为求解细长圆柱体运动轨迹和运动姿态提供基础数据。     

柴油机喷孔内空化过程及影响参数的试验研究

柴油喷油器内部燃油的高速流动易导致喷孔内部出现空化,影响燃油的流通,因此研究喷孔内燃油空化过程具有重要的意义。在比例放大透明喷孔可视化试验台架上,完成了不同进出口压力下的喷孔流动特性试验,研究了喷孔内的空化规律和对喷孔内流率特性的影响。试验结果表明：当固定入口压力时,随着出口压力的降低,在无空化阶段,流量系数基本不变;当出现空化进入空化发展阶段,空化增强并向出口方向发展,质量流率继续增加,流量系数有所下降;在空化饱和阶段,质量流率不再增加,流量系数加速降低;喷孔的入口压力不影响空化初生和空化饱和对应的临界空化数;喷孔直径不影响空化初生点,但影响空化饱和点,喷孔直径越大,越难达到空化饱和,对应的临界空化数越小;喷孔长度影响空化初生点和空化饱和点,喷孔长度越长,越难发生空化,也越难达到空化饱和,对应的空化初生和空化饱和的临界空化数越小。     

绕空化器回转体非定常通气空化流动特性的实验研究

为了研究绕回转体通气空化流场特性,以带空化器回转体为研究对象,采用实验的方法运用全流场流动显示技术获得了不同条件下的空泡形态、流场结构。研究结果表明：在相同傅汝德数下,空泡形态随通气率的增大而增大,从最初的游离空泡发展成超空泡,在超空化阶段的显著特点是在主流区和超空化区之间存在着光滑而清晰的分界面,空泡的稳定性增强;在相同通气率下,空泡形态随傅汝德数的增大而减小,由于空泡界面的滑移速度增大,通入的定量气体来不及聚积成大的空泡而被高速来流带到流场的下游,使得泄气量加大;通气空化流场呈现非定常特性,其反向射流的推进速度随通气率的增大而增大。     

考虑空化效应的齿轮泵流量特性研究

齿轮泵的流量品质对车辆液压操纵系统和润滑系统性能有重要影响,为此开展了空化状态下齿轮泵流量稳定性及其影响规律的研究。忽略空气在油液内微弱的溶解效应,根据油液初始状态和实时压力计算油液含气率,考虑含气率对油液密度、有效体积弹性模量和黏度的影响,建立流体空化模型。将流体空化模型与齿轮泵动力学模型相耦合,在复杂系统建模与仿真软件AMESim环境下仿真求解,分析吸油压力、转速和负载压力对齿轮泵流量特性的影响规律。结果表明：仿真得到的齿腔压力脉动、容积效率与文献［16］试验数据比较一致;吸油压力对齿轮泵流量脉动影响最为显著,当吸油压力由1.01 bar降低至0.27 bar时,流量脉动增大1倍多,容积效率降低;转速升高会加剧空化倾向;负载压力升高对齿轮泵流量脉动影响很小;该研究对齿轮泵流量稳定性的预测和改善有理论指导意义。     

剪切来流下超空泡射弹空化与水动力特性的数值研究

为研究剪切来流下超空泡射弹空化与水动力特性,采用Mixture多相流模型、Schnerr and Sauer空化模型和Realizable k-ε湍流模型,对水下剪切来流中的超空泡射弹进行数值模拟研究,来流平均速度为600 m/s,剪切率为0～7 500 s^-1。均匀来流中,包裹射弹的超空泡上下对称,阻力以压差阻力为主,升力系数为0。剪切来流下,超空泡不对称,并向低速侧偏斜,压差阻力略微增加,致使阻力系数增大。由于高速侧绕流更快,低速侧的涡旋产生更显著的卷吸作用,使得射弹受到朝向低速侧法向黏性力的作用,升力系数减小为负值。当剪切率进一步增大时,弹肩高速侧出现沾湿,弹体周围黏度增加,导致阻力系数显著增加,且水压显著大于饱和蒸汽压,压力的法向分量更加剧烈地作用到低速侧方向,升力系数进一步减小。     

液压滑阀V型节流槽气穴流仿真分析及结构优化研究

利用Fluent软件的mixture混合模型及RNG κ-ε湍流模型对液压滑阀V型节流槽气穴流动进行模拟分析。通过动网格分析发现V型节流槽在小开度及大开度情况下气穴发生的位置及大小均不同。通过模拟分析发现,结构参数中节流槽楔形角W、节流槽夹角D对节流槽气穴流动的影响明显。根据V型节流槽气穴模拟分析结果,以参数W、D为自变量,以V型节流槽气体体积分数最大值为目标值,以Gauss函数为相关函数,采用常数回归模型,分别得到在小开度及大开度情况下的Kriging代理模型。利用改进遗传算法对Kriging近似代理模型进行优化计算,得到的优化V型节流槽结构抑制气穴性能明显。     

绕水翼非定常空化流场的实验研究

为了研究绕水翼非定常空化流动的流场特性,以Clark-Y型水翼为研究对象,采用粒子成像测速系统（PIV）对不同空化阶段,绕水翼空化流场的形态结构、速度场和涡量场等流动特性进行了实验观测。实验结果表明：绕水翼空化流场在发展过程中,随着空化数的降低而呈现不同的阶段型特征,主要表现为：空化数决定了非定常流场结构,随着空化数的降低,空化区域逐渐扩大,并出现了大尺度空泡团脱落的非稳定脉动特性;并且,由于空化流场结构的改变,速度分布表现出明显的特性差异,低速高频脉动区域随着空化数的降低而逐渐扩大,该区域的范围基本上对应于空化区域;在空化的各个阶段,涡量主要集中在翼型中、后部的漩涡分离区域内。当处于云状空化阶段时,水汽混合相的频繁转换使得翼型尾缘处的空化漩涡结构逐渐显现,涡量聚集区由最初的涡带转化为大涡量团的分散分布,而且影响区域明显扩大。