低温流体空化特性的数值计算研究

采用数值计算的方法研究了液氮和液氢的空化流动特性。为了考虑温度影响,控制方程采用了连续方程、动量方程及能量方程,并应用二次开发方法在商业软件中引入Merkle 空化模型及物质属性,物性参数随流场温度变化而不断更新。分别对液氮和液氢几个工况进行了计算,并与实验结果进行了对比。结果发现,在液氮和液氢中,当流体温度接近临界点时,热力学效应表现显著。热力学效应显著主要表现在空穴变短、水蒸汽含量减少和汽液界面变的模糊。由于密度比、饱和蒸汽压随温度变化梯度等物质属性的不同,相对液氮,液氢的热力学效应更加明显。     

滤波器湍流模型在低温流体空化流动数值计算中的应用

评价了滤波器湍流模型在低温流体空化流动计算中的应用。分别采用标准k－ε、修正RNG k－ε和FBM湍流模型对绕对称回转体在液氮中的空化流动进行模拟,并计算了进口湍流度对空化流动的影响。与实验结果对比表明：相对标准k－ε和修正RNG k－ε湍流模型的计算结果,FBM湍流模型可以更好地反映低温流体中汽液混合的空泡界面,更准确捕捉由于热力学效应影响而造成的压力和温度变化,计算得到的结果与实验数据更为接近。标准k－ε和修正RNG k－ε模型对计算工况的进口μ_T/μ_L|_inlet粘性比比较敏感。采用FBM湍流模型计算,可以明显减小进口μ_T/μ_L|_inlet粘性比对计算结果的影响。     

当地均相介质模型在通气超空化流动计算中的应用

为了更加精确地模拟通气超空化流动,本文推导建立了一种基于状态方程的当地均相介质模型,并应用二次开发技术将其嵌入商业软件.分别采用商业软件中的两相流模型以及当地均相介质模型+两相流模型计算了绕圆盘空化器的通气超空化流动,并从空泡形态、流动结构和阻力特性等方面与实验结果进行了对比.结果表明,由于考虑了混相流动的可压缩性,当...     

绕水翼空化非定常的动力特性

采用试验的方法研究绕水翼空化流动的非定常流体动力特性。试验在一闭式空化水洞针对一Clark-y型水翼进行。采用高速摄像技术观测不同空化阶段的空穴形态;应用自开发软件分析空穴形态随时间的变化;测量翼型所受的升阻力和升力方向的加速度;对上述的数据进行频谱分析。试验结果表明,绕水翼空化流动中,空穴形态及其对应的动力特性随时间的变化过程存在两种不同的模式。当4σ/2α6时,空穴平均相对长度为l/c0.7,由空穴形态和升力系数得到的功率谱峰值对应的斯特劳哈尔数大于0.3;当σ/2α4,空穴平均相对长度为0.7l/c1.0,绕水翼空化流动呈现明显的非定常性,翼型吸力面出现了大量空泡团周期性的脱落,升力系数功率谱峰值对应的斯特劳哈尔数在0.18左右,空泡团脱落频率不随空化数的变化而改变。     

超空泡航行体运动过程流体动力特性试验研究

为分析超空泡航行体运动过程流体动力特性,采用试验的方法对超空泡航行体自由航行过程进行研究。试验在水池中进行,利用高速摄像机观察超空泡演化过程,通过压力传感器和内测装置分别测量航行体表面压力和流体动力。研究结果表明：在航行体运动过程中,轴向力系数不是一定值,在平均值0.1附近小幅波动,运动后期平均轴向力系数有所增加;在运动初期,法向力系数在0附近小幅波动,随着时间推移,法向力系数呈周期振荡特性,变化周期约为0.055 s;航行体在运动过程中受到重力等因素影响引起扰动,使得姿态产生改变,开始出现尾部振荡,拍动空泡壁;在拍击空泡壁瞬间,压力急剧增加,产生法向力并不断增大,引起的恢复力矩使得航行体尾部向相反方向运动,形成上下周期性拍动空泡壁运动,流场周期性的演变直接导致了法向力系数周期性变化。     

预置舵角下超空泡航行体运动过程弹道特性研究

为研究超空泡航行体在水平面机动转弯过程中的弹道特性,采用航行体头部设置预置舵角方法实现,开展了0°、3°和6°预置舵角下航行体自由运动的试验研究。试验在水池中进行,采用高速摄影观察不同预置舵角下的空泡演化过程,采用内测装置测量航行体运动参数,获得了不同预置舵角下超空泡航行体水平运动过程中的弹道特性。试验结果表明：当预置舵角为0°时,航行体侧向力由于非定常因素扰动小幅波动,但均值基本为0;当存在预置舵角时,随着预置舵角的增大,轴向力和侧向力不断增加;预置舵角可以控制超空泡航行体的弹道水平机动转弯,且预置舵角越大、弹道越容易转弯,但舵角过大会导致航行体弹道失稳。     

不同温度水体空化水动力脉动特性的试验研究

为研究热力学效应对空化水动力脉动特性的影响,采用试验的方法研究温度为279 K、298 K和318 K时绕水翼的非定常空化流动特性。试验在闭式水洞中进行,采用高速摄影的方法观察不同温度下绕水翼的空穴形态,采用测力系统测量水翼受到的升阻力,并对升力信号进行频谱分析,得到水翼升力在非定常空化阶段的频率特征。结果表明,相同空化数条件下,随着温度的升高,平均升阻力系数降低,升力系数波动程度降低;温度对升阻力系数的影响随着空化数的升高而降低。在不同的空化发展阶段下,温度对升力系数影响的规律不同,空化形成和片状空化阶段,温度对升力系数影响较小;云状空化阶段,温度对升力系数影响较大。之所以出现上述规律是因为在同一空化数下,随着温度的升高,空化区域减小;而空化区域越大,温度对空化流动的影响则越大。     

绕三维水翼非定常空化流动结构的数值与实验研究

为了说明非定常空化的流动机理,该文采用数值与实验相结合的方法对绕三维水翼片状和云状空化流动结构进行了研究.实验在高速水洞中进行,采用高速录像技术观测了片状和云状空化阶段的空穴形态.数值计算基于均相流模型,汽液混合区域密度由质量传输方程调节.利用商业软件二次开发技术引入准确描述空化流场非定常特性的FBM 湍流模型,进行绕三维水翼的数值模拟,获得了随时间变化的空穴形态、压力和速度分布等流场结构.与实验结果对比发现,数值计算结果与实验基本一致.在片状空化阶段,空穴稳定地附着在水翼表面,只有空穴尾部不断的有小空泡团沿着翼弦方向脱落.在云状空化阶段,清楚得描述了空穴的产生-发展-脱落-溃灭的准周期性变化,并准确地捕捉到空泡脱落时,附着在翼型前端的U 型空穴和翼展方向不同强度的反向射流,脱落的空泡由翼型中前部旋涡状脱落.