水涡轮机械中的空泡运动研究

本文理论上较全面地分析了空泡在水涡轮机械流场中的受力，考虑了很多文献被忽略的速度梯度场中的Ｓａｆｆｍａｎ升力，空泡旋转时的Ｍａｇｕｓ升力等力．利用牛顿第二定律建立了流场中空泡的质心运动方程，同时建立了空泡在变压场中以及考虑气体扩散的径向运动方程，最后导出了空泡在不可压缩流体中运动的控制微分方程。     

水涡轮机械中的空泡运动研究：第2部分 空泡运动的数值计算…

根据“水涡轮机械中空泡运动研究”第１部分理论研究中所建立的水涡轮机械中空泡运动的控制微分方程，又研究了水涡轮机械流场中空泡运动的数值计算方法，并求解了空泡在一混流式水轮机转轮流场内的运动。     

水涡轮机械中的空泡运动研究 第2部分 空泡运动的数值计算方法及结果

根据“水涡轮机械中空泡运动研究”第１部分理论研究中所建立的水涡轮机械中空泡运动的控制微分方程，又研究了水涡轮机械流场中空泡运动的数值计算方法，并求解了空泡在一混流式水轮机转轮流场内的运动。     

水涡轮机械中的三维径向平衡方程

本文根据水涡轮机械叶栅中的流动特点，导出了反映水涡轮机械流动在径向上变化的三维平衡方程，并推导出了水涡轮机械叶栅内部沿周向平均的流动特性在径向上径变化的平衡方程。这些方程很好地反映了在设计中通常所做的假设的近似性，它们有助于解析水涡轮机械叶栅内的流动，对水涡轮机械的优化设计和性能预测起着重大作用。     

水涡轮机械中的三维径向平衡方程

本文根据水涡轮机械叶栅中的流动特点，导出了反映水涡轮机械流动在径向上变化的三维平衡方程，并推导出了水涡轮机械叶栅内部沿周向平均的流动特性在径向上径变化的平衡方程。这些方程很好地反映了在设计中通常所做的假设的近似性，它们有助于解析水涡轮机械叶栅内的流动，对水涡轮机械的优化设计和性能预测起着重大作用。     

水涡轮机械中球形刚性小颗粒的运动

本文对球形刚性小颗粒在任意流场中的受力进行了分析,并根据对称方程,得到了小球在任意流场中的运动方程,为水涡轮机械中固液两相流动的理论研究奠定了理论基础。     

水涡轮机械泥沙磨损预测

分别建立了水涡轮机械中、低、高浓度固液两相流湍流模型及泥沙磨损模型。数值预测了一低浓度含沙水流中水轮机导叶部件和一高浓度含沙水流中泥浆泵蜗室的磨损分布。数值模拟结果与实际中所表现的情况较为一致。     

水涡轮机械泥沙磨损预测

分别建立了水涡轮机械中、低、高浓度固液两相流湍流模型及泥沙磨损模型。数值预测了一低浓度含沙水流中水轮机导叶部件和一高浓度含沙水流中泥浆泵蜗室的磨损分布。数值模拟结果与实际中所表现的情况较为一致。     

叶轮机械中的三元固液两相流动理论研究

本文根据所推导的固液两相基本方程，得到了水涡轮机械中固液两相流动的封闭方程。在此基础之上，基于两类相对流面，研究出了水涡轮机械三元固液两相流动的通用理论，对水涡轮机械中两相流动的流场计算及含砂水中的水涡轮机械叶片的抗磨蚀设计，都有十分重要的意义。     

叶轮机械中的三元固液两相流动理论研究

本文根据所推导的固液两相基本方程，得到了水涡轮机械中固液两相流动的封闭方程。在此基础之上，基于两类相对流面，研究出了水涡轮机械三元固液两相流动的通用理论，对水涡轮机械中两相流动的流场计算及含砂水中的水涡轮机械叶片的抗磨蚀设计，都有十分重要的意义。     

超空泡射弹异步并联倾斜入水空泡演化与运动特性分析

基于VOF多相流模型与重叠网格技术建立了超空泡射弹异步并联倾斜入水数值方法,利用单发射弹倾斜入水实验对数值方法的有效性进行了验证,在此基础上,分别对不同初始间距及入水顺序下前后两射弹的空泡演化与运动特性进行了数值模拟与分析。研究结果表明：对于前发射弹,在初始间距为0.5倍弹长时,由于受到后发射弹空泡剧烈挤压,前发射弹无法产生完整空泡包裹弹体,运动受到严重影响并最终失稳;同时,前发射弹自上侧入水与自下侧入水相比,其空泡受到的挤压程度更大,沾湿更早且失稳更快;随着初始间距的增大,前发射弹附近空泡受后发射弹的影响减弱,2种入水顺序下均运动平稳。对于后发射弹,由于前发射弹空泡的持续作用,其空泡始终不对称,运动稳定性受到影响,在间距为0.5倍弹长时向内侧偏转失稳,在间距为1倍弹长时运动平稳,间距为2倍和3倍弹长时向外侧偏转失稳,且2种入水顺序下运动规律基本一致。     

超空泡航行体尾舵展开过程水动力载荷数值研究

超空泡航行体全沾湿航行阶段尾舵展开过程的流体动力载荷对于航行体稳定性分析以及尾舵机性能设计具有重要影响。建立了基于重叠网格技术和网格域间相对运动思想的尾舵展开过程数值计算方法;结合超空泡航行体设计需求,研究了尾舵不同展开速率、不同攻角状态展开以及尾舵展开前后的水动力载荷变化规律;通过对尾舵附近速度矢量场、压力场以及尾舵表面压力系数分析,揭示了尾舵不同状态的流体动力载荷变化原因。研究成果对超空泡航行体尾舵展开过程流场特性研究具有重要参考价值,同时为尾舵机性能设计提供了重要设计依据。     

超空泡航行体转弯运动多相流场特性

为研究超空泡航行体转弯运动过程中多相流特性的变化规律,基于有限体积法和VOF多相流模型求解RANS方程,并结合动网格技术,对超空泡航行体转弯运动过程进行了非定常数值模拟研究.通过将数值模拟结果与基于Logvinovich独立膨胀原理的计算结果进行对比,验证了数值模拟方法的有效性.利用数值模拟方法分析了航行体模型的转动中心对航行体转弯运动过程中空泡形态演化过程的影响,并且研究了转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力的影响.结果表明:采用动态网格的数值模拟方法可以更好地对超空泡航行体转弯运动的空泡形态进行仿真,航行体的转动中心对航行体的转弯半径内侧还是外侧表面先出现沾湿区域有重要影响;航行体的流域环境在重力和惯性力的共同作用下使得超空泡尾部形态呈倾斜的双涡管分布;转弯运动过程中,航行体表面刚出现沾湿区域的时候,航行体流体动力会出现一个小幅度波动,随着沾湿区面积的增加,流体动力逐渐趋于平稳,转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力有重要影响,转弯半径越小,影响越大.     

回转体并联入水过程空泡及运动特性数值模拟

为研究初始参数对回转体并联入水空泡及运动特性影响,基于有限体积法,采用realizable k-ε湍流模型、VOF(volume of fluid)多相流模型和Schnerr and Sauer空化模型,并引入重叠网格技术,对不同入水速度、不同初始净距和不同横流速度的回转体并联入水过程进行数值模拟。首先,建立了回转体高速并联入水的数值计算模型,验证了计算方法的有效性。然后,基于此模型开展不同初始参数的并联入水数值计算,得到不同参数下的流场及运动特征。最后,结合计算结果分析了不同参数下并联运动体的空泡形态及特征尺寸变化、侧向与偏航运动规律。研究结果表明,随着入水初速度增大,内侧空化现象越剧烈,同一量纲一的时刻空泡的外侧极径和限制长度增大,回转体量纲一的侧向位移和偏航角越大。随着初始净距减小,同一量纲一的时刻空泡的限制长度越小,回转体的量纲一的侧向位移和偏航角先增大后减小。小横流作用下,迎流与背流回转体的外侧空泡径向尺寸与单体基本相同,而长度略大,随着横流速度增大,并联入水状态的空泡尺寸差异同单体相比增大;内侧空泡的径向尺寸差异较大,其中迎流回转体的内侧空泡极径较大,且随着横流速度增大极径的最大值始终维持在d+D/2左右。横流速度较小时,并联入水回转体头部靠近而尾部远离;横流速度较大时,两回转体头部远离而尾部靠近。     

全方向推进器横向运动的水动力性能研究

基于常规螺旋桨升力面理论和势流理论、格林定理建立了全方向推进器横向运动的非定常水动力性能计算的数学模型,然后利用有限基本解法和非定常涡格法分别对全方向推进器横几运动水动力性能进行了数值预报。计算结果和日本水池模型试验结果、升力线方法计算结果对比表明,本文提供的理论预报方法的计算值和试验值吻合良好。     

不同攻角运动的水下导弹表面空泡流场数值研究

在水下高速航行的弹体表面的局部低压区会形成空泡,而空泡的形成会对弹体周围的流场造成很大的影响.当弹体在一定攻角下航行时,弹体周围的流场非常复杂.文中采用Singhal提出的空泡模型,利用有限容积法对三维弹体的外流场进行了数值模拟.将零攻角下的数值结果与文献中的经典实验结果进行了比较,二者数据符合较好.利用此方法对5种小攻角进行了研究,比较分析了5种攻角下弹体表面的空泡分布和压力系数分布,并通过数值积分的方法得出弹体在不同攻角下的侧向力和力矩.计算结果表明,当攻角大于2.5°后,侧向力和力矩会大幅度的增加.文中结论可供水下垂直发射与水下导弹的研究与设计参考.     

运动的水对滑坡体产生的机械作用

在滑坡现象中，水构成一种作用物质，水构成一种作用物质，它能够对滑体形成机械的推动作用，从而促使滑体滑坡，水对滑体产生的机械作用可定量计算。     

纵平面回转运动通气超空泡形态及压力特性

通气超空泡技术是提高水下航行体运动速度的一种新兴技术,为研究通气超空泡在航行体纵平面回转过程中的机动性问题,本研究基于有限体积法,采用VOF多相流模型和RNG k-ε湍流模型,利用数值模拟软件Fluent建立了非定常通气超空泡流动的三维计算模型.通过求解多相混合物的雷诺平均Navier-Stokes方程,分析了空化器模型纵平面回转运动过程的非定常多相流动特性,得到了纵平面回转运动条件下通气超空泡的形态变化及其与空泡周围压力分布的关系.计算结果表明:通气超空泡在回转运动过程中受到离心力作用而产生弯曲变形,空泡轴线与航行体运动轨道有逐渐重合的趋势;向下回转时空泡最大直径逐渐减小,向上回转时最大直径逐渐增大;相较于向上回转运动,纵平面回转半径对向下回转运动的空泡形态存在较大影响,且空泡尾部闭合位置的偏转方向不一致,向下回转时空泡尾部发生外漂,向上小角度回转时空泡尾部发生内漂;由于离心力以及空泡轴向的逆压梯度限制,向上回转过程空泡长细比显著增大,向下回转过程空泡长细比缓慢减小.