潜射导弹水下垂直自抛发射过程研究

研究了潜射导弹水下垂直自抛发射过程中的复杂多相流动问题。采用多相流mixture模型，考虑了流体的可压缩性、黏性、重力作用、气水掺混效应和能量交换等各项因素。应有限体积法（FVM）和Simple算法，求解气水两相混合介质的RANS方程和standard k-ε湍流模式。运用自编UDF模块和动网格技术，实现了导弹出筒过程中弹体运动与气水流场的耦合求解。计算结果揭示了潜射导弹水下垂直自抛发射过程中发动机喷管和发射管内复杂多相流动的演化、流场结构和流体动力特性。     

水中结构物附近三维爆炸气泡的数值模拟

该文阐述水下爆炸结构物附近三维非对称气泡运动的计算模型,基于势流理论采用边界积分法求解拉普拉斯方程。通过与参考文献实验的比较,验证了计算模型的正确性。最后以椭球形结构物下方爆炸气泡为算例进行详细的数值模拟和分析,获得气泡运动规律、流场压强变化,结构物危险载荷及其分布情况,旨在为工程领域水下爆炸气泡运动规律探索以及结构物的破坏机理研究提供参考。     

水下超声速燃气射流动力学特性研究

该文研究水下超声速喷管燃气射流动力学特性.采用基于均质平衡流的mixture多相流模型和标准湍流模式,运用有限体积法和SIMPLE算法,求解了不同工况下的二维水下燃气射流的湍流流动.考虑了流体的可压缩性、黏性、重力作用、气水掺混效应和能量交换等复杂因素.通过对不同扩张比、不同水深和不同来流情况下喷管射流流场的数值计算结果的比较与分析,发现在环境背压较大的情况下,大扩张比喷管燃气射流会产生颈缩、断裂和回击现象;而小扩张比喷管和有来流情况下,喷管燃气射流形态较稳定.     

风琴管喷嘴喉部结构对射流流场流动结构影响的数值研究

本文提出了一种采用间歇涡环模型述射流流场的大尺度流动结构特性，并依据边界元方法优化设计风琴管等自激振荡型喷管的内流结构曲面和其喉部结构的数值实验方法，计算结果表明内流过渡曲面为椭球面而出口形状为锥面的风琴管式喷嘴喷射出的圆形射流流场具有良好的大尺度涡环结构。     

不同发射深度下喷管燃气射流特性研究

为了探索发射水深对发动机水下点火流场特性的影响机制,该文数值研究了不同水深条件下发动机水下点火时实验喷管气水两相流场的非定常演化过程.研究结果表明:射流初期,高密度水介质对喷管出口高温燃气泡强剪切流具有阻滞作用,导致了流场中的压力以及射流产生的推力波动比较剧烈;随着射流的发展,流场中的压力及射流产生的推力波动趋于平缓,波动幅值与频率也随之降低;喷管推力随工作水深的增加而减小,并且推力随时间的变化规律与喷管进口燃气总压变化趋势一致.     

喷管不同摆角对水下发射导弹受力的影响

论文研究了带摆喷管推力矢量控制系统的导弹水下垂直发射时,不同喷管摆角对三维水气流场的非定常发展变化过程及对导弹受力的影响。采用燃气泡物理模型,通过水气流场的耦合计算研究燃气与水的相互作用,运用欧拉-拉格朗日和时间步进的方法跟踪燃气泡自由面。以三维欧拉方程为控制方程对喷管和燃气泡内的三维气流场进行数值计算,根据燃气泡不断运动变化的交界面生成贴体动网格,在贴体坐标系下采用无波动、无自由参数、耗散的差分格式(NND差分格式)数值求解三维气流场。采用势流理论,以拉普拉斯方程为控制方程,利用三维Hess-Smith方法数值求解了导弹与燃气泡周围的三维水流场。给出了不同时刻泡形的变化,气流场内马赫数、压力的演变规律,导弹受力及力矩。通过多个工况的对比计算,研究了喷管摆角对导弹受力及水气流场的影响。     

离心泵内气液两相非定常流动模态分解与重构研究

为了深入探究离心泵内复杂的气液两相非定常流动，该文采用数值模拟并结合动态模态分解的方法，分析了3%和5%进口含气率下，叶轮内的不稳定流场，并对叶轮内气相体积分数和液相速度分布进行了动态模态分解和重构。主要结果如下：3%进口含气率时，叶轮内流场不稳定，分解后其1～4阶模态频率均为特殊频率，反映了气泡聚集和脱落对流场的扰动；5%进口含气率时，其1～4阶模态频率以叶轮转频及其倍频为主，反映了叶轮旋转对流场带来的扰动；动态模态分解法可以对流动规律明显的流场很好地实现重构，但是对于规律不明显的流场，其只能在主流大尺度层面实现降阶重构，对局部小尺度流动重构误差较大。     

叶片式泵内气液两相泡状流的三维数值计算

为研究旋转叶片式泵中的气液两相流动规律及泵性能，本文根据气泡泡状流模型提出了一个两相流三维数值分析方法。该数值计算由两部分的计算迭代完成，第一部分是已知含气率分布的连续相(液相)流场的计算。液相流动方程的三维数值求解采用了流面坐标迭代法。第二部分是已知液相流场后的分散相(气泡)轨迹的计算。气泡运动方程中考虑了流场压力梯度差产生的力、气泡周围液体产生的阻力及由于液相质量产生的惯性力等影响气泡运动的因素。通过对气泡运动方程进行数值求解，可得到泵内的含气率分布。再将两部分的计算进行反复迭代，最终得到收敛解。本文将该三维两相流数值计算方法用于多级螺旋轴流式增压泵叶轮的计算、设计。计算结果表明：从叶轮回转面上看，气泡运动转轨并不明显地偏离液相流线。然而从叶轮子午面上看，几乎所有的气泡，不论其初始位置如何，它们最终都移向轮毂表面。该三维两相流数值计算以其简单实用的特点，有望成为工程中气液两相增压泵的一种有效设计工具。     

三维溃坝问题的数值模拟研究

采用求解三维弱可压流动模型及Ｋ－ε两方程湍流模型的方法，用有限差分法数值求解，研究了三维清坝引起的非定常复杂流场，文中给出一种简单而有效的处理自由面边界的方法，并详细地给出一个三维弱可压的流体动力学计算方法，数值计算表明本文的方法能较好地给出自由面的变化规律及流场的非定常过程．     

水下气体射流初期数值研究

本文提出了一种新的水下气体射流的数学物理模型，并成功地将位标函数方法应用于水下气体射流气水交界面求解，数值模拟了水下气体射流初期的流动演化和气水相互作用特性，得到了气水全耦合的水下气体射流喷射初期的流场形态及其演化过程，定性结论与实验吻合。     

Numerical analysis of cavitation cloud shedding in a submerged water jet

Focused on the unsteady behavior of high-speed water jets with intensive cavitation a numerical analysis is performed by applying a practical compressible mixture flow bubble cavitation model with a simplified estimation of bubble radius. The mean flow of two-phase mixture is calculated by unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes(URANS) for compressible flow and the intensity of cavitation in a local field is evaluated by the volume fraction of gas bubbles whose radius is estimated with a simplified RayleighPlesset equation according to pressure variation of the mean flow field. High-speed submerged water jet issuing from a sheathed sharp-edge orifice nozzle is treated. The periodically shedding of cavitation clouds is captured in a certain reliability compared to experiment data of visualization observation and the capability to capture the unsteadily shedding of cavitation clouds is demonstrated. The results demonstrate that cavitation takes place near the entrance of nozzle throat and cavitation cloud expands consequentially while flowing downstream. Developed bubble clouds break up near the nozzle exit and shed downstream periodically along the shear layer. Under the effect of cavitation bubbles the decay of core velocity is delayed compared to the case of no-cavitation jet.     

NUMERICAL STUDY OF 3D EXPLOSION BUBBLES ADJACENT TO STRUCTURES

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎａｖｅｒｙｓｈｏｒｔｔｉｍｅ ,ａｎｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｅｘｐｌｏｓｉｖｅｔｕｒｎｓｉｎｔｏａｇａｓｂｕｂｂｌｅ ,ｗｈｉｃｈｈａｓａｓｔｒｏｎｇｓｈｏｃｋｏｎｔｈｅｎｅａｒｂｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ,ｅｖｅｎｄａｍａｇｅｓｔｈ     

EFFECT OF A PROPELLER AND GAS DIFFUSION ON BUBBLE NUCLEI DISTRIBUTION IN A LIQUID

A multi-bubble dynamics code accounting for gas diffusion in the liquid and through the bubble wall was developed and used to study the modification of a bubble nuclei population dynamics by a propeller.The propeller flow field was obtained using a Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) solver and bubble nuclei populations were propagated in this field.The numerical pro-cedure enabled establishment of the possibility of production behind the propeller of relatively large visible bubbles starting from typical ocean nuclei size distributions.The resulting larger bubbles are seen to cluster in the blade wakes and tip vortices.Parametric investigations of the initial nuclei size distribution,the dissolved gas concentration,and the cavitation number were conducted to ide-ntify their effects on bubble entrainment and the resultant void fractions and bubble distribution modifications downstream from the propeller.Imposed synthetic turbulence-like fluctuations unto the average RANS flow field were also used to study the effect avera-ging in the RANS procedure has on the results.     

静止浅水环境中二维铅垂掺气射流的试验研究

对静止均匀浅水域中的铅垂掺气射流进行了试验研究。探讨了掺气浓度对水面最大隆起高度的影响；多种工况的研究成果表明水面隆起高度分布具有自相似性。并给出了统一的表达式；当掺气浓度小于30%时，最大隆起高度随着掺气量增加而增大，当大于30%时。其值基本趋于常数，借助于三维测速仪。得到了射流中心剖面的流场，与纯射流的流场对比表明：水气两相流具有减小射流涡量的作用。有趣地发现，在掺气射流中线性存在着正负相间的涡街。     

生物倍增反应器气泡流态特性分析

利用激光粒子图像测速技术(PIV)对生物倍增反应器在7种不同进水流量下的气泡流态特性进行了测量和分析,利用特征正交分解方法对所测2个截面的气泡流场进行分解,提取流场中含能大尺度结构。结果表明, 进水流量的增加导致了气泡轴向速度减小,径向速度增大,气泡附壁效应增强;不同进水流量对气泡的扰流影响程度不同,气泡流态的速度场和涡量面积分布存在差异,在特定工况下气泡流场产生了涡旋。上部区域进水流量为0时,1阶模态占能比例最高,约为7.2%;下部区域进水流量为0.18 m3/h时,1阶模态占能比例最高,约为4.5%。低阶特征模态中存在明显的大尺度结构,且大尺度的流动结构与液相混合行为间接相关。当进水流量为0.90 m3/h时,2个截面的涡量面积分布最均匀,气泡死区最少,此时气泡流态最佳。在本试验条件下,进水流量为0.90 m3/h时,反应器整体气泡流态最佳。     

曝气池中气液两相流数值模拟

应用数值模拟的方法,对曝气池气液两相流运动规律进行了探讨。研究表明:当孔径相同,空气流量越大,紊动强度越大,气液混合越充分,曝气效果越好。对于相同的水深和相同的孔径,流量是影响气泡大小和速度的主要因素。当气体流量或速度增加时,气泡体积增大,气相速度也明显增大。     

NUMERICAL SIMULATION OF SPHERICAL, CYLINDRICAL AND AXIAL BUBBLE CLOUDS COLLAPSE

The nonlinear dynamics of a spherical,cylindrical and axial cloud of cavitation bubbles were numerically simulated in order to learn more about the physical phenomena occurring in the cloud cavitation....     

基于CLSVOF方法的三维单个上升气泡运动的数值模拟

运用CLSVOF方法数值模拟了三维单气泡在液体中的上升和变形过程,分别考察了液体的表面张力和浮力对上升气泡变形的影响。计算结果表明:CLSVOF方法能比较精确地跟踪三维单气泡在液体中的上升过程;在相同密度比和粘度比情况下,随着液体表面张力的减小和液体浮力的增大,气泡底部形成的射流使得气泡下缘凹陷变得明显,变形幅度加大,射流穿透气泡的时间提前。     

液气射流泵传质分析

对影响液气射流泵传质因素进行了简单分析，提出了改善射流泵传质效果的尺寸结构模型。