二维楔形体冲击入水时的流固耦合响应的实验研究

本实验使用V形剖面板模拟二维楔形体。通过动态测量结构在冲击入水过程中的加速度和应变，研究流固耦合作用下结构动态响应的特点。通过对不同的底面倾斜角和不同板厚的V形板加上不同的配重从不同的高度下落进行冲击入水的测量。研究各个参数对结构响应的影响规律。     

带空泡运动航行体的附加质量研究

提出了确定带自然空泡运动物体附加质量的方法.这一方法基于在数值水洞中作摇荡运动物体的水动力计算, 包括两个主要步骤:首先采用CFD技术模拟空泡流场,求解水动力;然后根据物体运动方程,由水动力计算出附加质量.研究了带自然空泡圆盘和轴对称细长体的附加质量.计算结果与理论解一致,验证了本文方法的有效性.与切片法相比,本文方法可以更为准确地定量预报带空泡运动轴对称细长体的附加质量.     

非对称头型对航行器入水空泡及弹道特性影响的实验研究

非对称头型能够帮助空投入水的航行器快速达到水平航行状态,在实际中有着较好的应用场景。该文采用了高速摄影的方法,通过开展不同构型头型的实验模型入水冲击试验,揭示非对称头型在5-12 m/s的不同冲击速度和60°、70°、80°和90°的不同冲击角度下入水空泡生成演变机理与入水弹道变化特性。通过数字图像识别技术提取模型的入水弹道轨迹和姿态角的变化从而研究其入水弹道的演变规律。研究结果表明:切角头型使得模型头部受到流体的横向偏转力矩作用,从而使得模型弹道发生偏转;随着入水速度的增加,带有非对称头型模型的弹道偏转幅度随之增加;平头和大切角头型在倾斜入水时由于左右两侧空泡压力差的作用,会使得模型产生俯冲弹道;在不同实验工况下,模型姿态角随时间的变化遵循抛物线变化规律;带有小切角的非对称头型的模型在入水时会形成更大开口直径的空泡,同时产生不对称的入水空泡。     

喷气推进航行体空泡流的尺度效应研究

基于Reynolds平均N-S方程和Mixture模型,耦合自然空化模型,运用气、汽、液多相空泡流动的数值模拟方法,模拟了水下航行体自然空泡和尾部燃气射流发展的非定常过程。对于六种模型尺度,计算分析了自然空泡和燃气射流的尺度效应。计算结果表明:随着模型尺度减小,相应的雷诺数也缩小,水流紊动减弱,空泡的脱体点后移,航行体头部低压区范围减小,导致压差阻力系数增大。同时,雷诺数越小意味着黏性力影响越显著,相应的黏性阻力系数增大。模型缩尺对于尾部燃气射流的发展影响较小,不同尺度模型的马赫数分布与阻力系数分布基本相同。     

回转体垂直带攻角入水流场演化及载荷特性实验研究

为获得回转体在垂直带攻角情况下入水的流场演化和载荷特性,利用高速摄像技术与测量系统对其入水过程进行实验研究。通过对实验过程中流场变化过程和压力及加速度测量结果的提取,分析回转体在有攻角情况入水的空泡演化、喷溅特性和模型表面载荷变化规律。结果表明:回转体带攻角入水使空泡出现明显的不对称性,并出现二次喷溅与喷溅分离线等特殊现象。回转体底部中心点在撞水时会在极短的时间内承受较大的冲击压力,而回转体表面压力主要受流场变化影响,回转体表面压力远远小于回转体头部,且与头部压力变化规律明显不同。     

水下航行体尾喷燃气与通气超空泡相互作用的研究

基于Reynolds平均Navier-Stokes方程和Mixture多相流模型,耦合自然空化模型,采用有限体积法,建立了气、汽、液多相通气空泡流和燃气射流的数值模拟方法,模拟了超空泡航行体尾部燃气射流与通气空泡的相互作用,研究了通气量和燃烧室总压对它的影响.计算结果表明:燃气射流对于通气空泡流具有引射作用,使得空泡尺度特别是其后部明显收缩,空泡变短,"颈缩"位置前移,航行体阻力系数变大,导致泄气截面面积减小,并影响泡内的压力分布.     

波浪作用下浮体自由升沉运动对月池共振影响研究

当波浪激励频率与月池的固有频率耦合时,月池流体会产生大振幅共振行为,引起流体和浮体的剧烈运动,使工程作业存在一定的安全隐患。该文基于开源流体力学计算软件OpenFOAM~?软件包建立了黏性流数值波浪水槽,对波浪作用下,浮体自由升沉运动诱发的月池内流体共振水动力行为进行了研究分析。为验证该数值模型,将其结果与实验数据进行对比,以确保数值计算的准确性。结果表明：在波浪作用下,浮体自由升沉运动诱发的月池内流体共振存在双峰现象,而固定浮体仅存在单峰。自由升沉系统两共振频率对应的月池内波幅响应和浮体运动响应的峰值,均随入射波高的增加而减小,共振频率不随入射波高而变化。同时,考虑结构物吃水的影响,发现该系统共振频率随吃水增加而减小,表明吃水对月池内波响应和浮体运动响应均有显著的影响。