水深和弹体长径比对超空泡弹体阻力系数及空泡形状影响的实验研究

为研究超空泡射弹的运动规律,用高速摄影机拍摄了3种长径比的弹体,在6个不同的水深下产生的超空泡的运动过程,对超空泡与自由面相互作用过程进行了研究。结果表明：随着水深的增加,超空泡的体积会变小,持续时间会变短,弹体的阻力系数会增大;当超空泡可以完全覆盖住弹体的情况下,如果速度相同,随着弹体长径比的增加,超空泡的体积基本保持不变,但其阻力系数会增大;随着水深减小,当超空泡与自由面发生相互作用时,空泡的尺寸(体积)增大、并且空泡的持续时间变长,这应该是大气进入到超空泡内的缘故;以长径比为8的弹体为例,空泡的持续时间从5~6 ms增加到12 ms以上,空泡无量纲长度和直径分别约增加了30%和15%.     

激波驱动稠密固体相微米颗粒群加速性能的实验研究

设计水平激波管-加速直管段-装载室-尾喷嘴组合装置,利用动态压力测量和高速摄影技术,实验研究了不同尾喷嘴类型、颗粒直径、马赫数和装载比下伴随激波和微米级稠密固体颗粒相的气固两相流现象和颗粒加速规律。得出：（1）稠密颗粒相时,喷嘴类型对颗粒群加速效果排序可能为扩张型>收缩型>缩放型,与稀颗粒相情形不同,必须考虑激波衰减、颗粒团聚、壁面摩擦和颗粒拥堵的影响;（2）直径越大,颗粒加速效果越好,不能以单颗粒直径估计曳力大小,须考虑颗粒团聚的影响;（3）激波马赫数越大,颗粒群加速效果越好;（4）颗粒装载比较小时,颗粒群在收缩喷嘴内的加速效果较好,但装载比达到一定程度后,其进一步增大影响不大。     

激波驱动的气固两相流力学特性研究

利用水平激波管对激波驱动的气固两相流进行了实验研究.采用高速摄影仪对毫米量级固体颗粒群在激波作用下的启动阶段、管内运动阶段以及管外自由射流阶段进行了连续运动状态图像捕捉.利用软件Blaster's MAS对图像进行处理和分析,获得相应条件下颗粒速度、加速度沿激波管轴向的分布.分别考察不同颗粒装载比、不同驱动气源以及不同膜片厚度所导致气相动态参数的差异对激波加速颗粒效果的影响.实验分析结果表明,其他条件相同时,颗粒装载比越高,颗粒获得的速度越大;启动阶段最初时刻,氦气对颗粒的加速效果比氮气对颗粒的加速效果好,随着时间的推移,氮气中颗粒的加速效果赶上氦气中颗粒的加速效果,甚至有反超的现象.另外,颗粒输出过程中呈现了分段输出的现象,分析认为,这与激波管中形成的复杂波系有关.     

汽（气）液两相流中雾滴尺寸的测量

本文介绍了西安交通大学开展两相流雾滴测量技术的研究工作,利用取样法与雾滴图象自动分析系统对两相流中的液滴尺寸及其分布进行了测定,提供了一组典型用例的分析结果,并与人工统计作了比较。图象分析系统以AppleⅡ计算机和普通NSX—20A摄象机为基础,从而避免了要求昂贵的,专门用途的设备。对自发凝结生成的小雾滴采用改进后的消光法测量装置来测定,试验结果表明,其测量稳定性和测量精度均较前有大的提高。     

近自由面的超空泡流动的数值模拟研究

为研究物体在近自由面的运动规律,采用Fluent软件,选择VOF多相流模型和标准k-ε湍流模型,针对物体在26、106、206、406mm四个不同水深下分别以60、100、200m/s的初速度运动的超空泡流场进行数值模拟,研究水深对空泡形态的影响,计算出在自由液面上出现的先导波浪。结果表明:随着水深的增加,空泡的对称性越来越好,自由面上的波浪高度逐渐减小,空泡长度和空泡直径的变化与Logvinovich空泡截面独立原理所导出的半经验公式拟合曲线更加吻合;随着物体速度的增加,自由面上的波浪高度也在增加。文中分析了先导波的起始距离以及水深对它的影响,可为高速射弹超空泡的形态特性和流体动力学特性研究提供参考。     

冷却孔复合角和排列方式综合作用对平板气膜冷却效果的影响

研究复合角和排列方式综合作用对平板气膜冷却效果的影响。采用数值模拟的方法,保持射流圆孔尺寸、间距及倾斜角不变,分别对四种孔阵的平板气膜冷却进行了流动和传热的分析。利用Realizable k-ε湍流模型,标准壁面函数边界处理和SIMPLE算法,分析速度、涡量、冷却效率,对比冷却孔复合角和排列方式综合作用对平板气膜冷却效果的影响。结果显示:复合角和叉排同时存在时可改善平板展向上的冷却效果,而在平板流向上对冷却效果的影响不明显。结合吹风比得出较优的孔排方式。     

基于ALE方法的弹性圆柱壳入水时的流固耦合模拟

为了获得头型及材料弹性对圆柱壳入水过程中头部变形、压力分布、入水空泡形态及入水运动状态的影响,采用ALE方法,基于有限元软件ANSYS\LS-DYNA,对平头、120°锥角、90°锥角弹性圆柱壳的入水过程进行了数值模拟,对平头弹性圆柱实体和平头刚性圆柱壳进行计算,并对模拟结果进行对比。结果表明:入水过程中空泡直径随着锥角的增大而增大,锥角越大,圆柱壳上表面的变形越大,最大变形出现的时间越早:平头弹性圆柱壳在0.1 ms时出现最大变形0.84 mm,120°锥角弹性圆柱壳在0.3 ms时出现最大变形0.54 mm,90°锥角弹性圆柱壳在0.5 ms时出现最大变形0.43 mm; 下表面受到的压力越大,圆柱壳的速度衰减越快; 平头圆柱壳下表面的变形与振动频率大于上表面; 上表面的变形是由惯性引起的,下表面的变形是由流体冲击力引起的。     

水下连发射弹的超空泡流动特性研究

基于Fluent流体仿真软件,采用用户自定义函数控制的动网格技术,对水下连发射弹的超空泡流场进行了数值模拟。通过与1组实验工况的比较,证实了所采用的数值模拟计算方法的可靠性。分析了两连发和3连发射弹情况下,超空泡流场的相互作用及其变化机理;得出了射弹超空泡无量纲长度在超空泡流场作用下的变化特点,计算出了流场的速度变化曲线和速度矢量等。研究结果表明：两射弹间的超空泡融合后,会在超空泡尾部区产生高速回射流并产生大量旋涡。这些旋涡引起的扰动能致使后续超空泡快速溃灭,表明了超空泡的极其不稳定性。后面的射弹进入前面射弹的空泡内后,其阻力系数达到最小值。当两连发超空泡射弹通过扰动区域时,前后超空泡都受到干扰,从而造成了它们的阻力系数增减。     

美国约翰·霍普金斯大学的流体力学及流体机械实验技术综述

主要综述美国约翰·霍普金斯大学(JHU)机械工程系实验流体力学实验室(LEFD)开展的一些研究工作,主要介绍其在流体力学和流体机械方面的实验技术。内容包括:PIV技术开发,空蚀研究,多相流研究,湍流边界层研究,流体机械研究,等。这些工作在一定程度上代表了美国在流体力学及流体机械实验研究领域的最新的研究成果。本文在概述这些内容的同时,也对相关实验技术目前尚存在的问题,提出了自己的看法。本文还论述了流体机械研究的发展趋势和人才培养模式。     

射弹尾翼数对超空泡流特性的影响

为研究尾翼数对超空泡的影响规律,采用ANSYS CFD软件,通过Schnerr-Sauer空化模型对带有不同尾翼数水下高速射弹的超空泡流特性进行了三维的数值模拟研究,分析了尾翼数的不同对超空泡形成和发展的影响以及不同尾翼数下射弹的阻力系数。结果表明:无尾翼与有尾翼射弹超空泡的发展过程基本相同,但由于尾翼的存在,使得尾翼后面的超空泡表面粗糙,同时会对超空泡的形状造成一定的扰动,使其形状发生相应的凹凸变化,且尾翼数越多,扰动会越明显;随着射弹尾翼数的增加,超空泡的无量纲直径、长度会呈现逐渐增大的趋势,且在未形成完整超空泡前,射弹阻力系数正比于射弹尾翼数。将Logvinovich超空泡截面独立膨胀原理的结果与数值模拟结果进行比较,发现Logvinovich半经验公式计算结果和数值模拟结果相吻合。