自然超空泡形态稳定性的数值仿真

为了研究自然超空泡形态稳定性,根据Logvinovich独立膨胀原理发展了一种用于计算非定常自然超空泡形态的计算方法.运用该方法对自然超空泡形态进行了数值仿真研究.研究表明流场压力、模型速度、模型后体和空化器阻力系数都会对自然超空泡形态稳定性产生影响.不同幅度、不同频率和不同形式的扰动对自超空泡形态稳定性的影响不同,自然超空泡在受到扰动后表现出波动性和时间滞后性.     

多重扰动下通气超空泡稳定性模拟研究

根据Logvinovich 独立膨胀原理和质量守恒方程建立非定常通气超空泡数学模型,并基于此模型,分别考虑了通气扰动、速度扰动、空化器转动扰动及其组合多重扰动情况,对超空泡形态进行了数值模拟,进而对超空泡的稳定性进行了分析。研究表明:速度扰动对通气超空泡形态稳定性起主导性作用,其扰动带来的空泡振荡特性也最强烈;空化器转动扰动能小幅度影响超空泡形态,并决定空泡恢复稳定后的最终长度;通气扰动作用相对微弱,三者扰动同时存在时,其作用几乎可以忽略。     

内压扰动对非定常空泡形态的影响

为获得存在压力扰动时的空泡形态变化规律,基于Logvinovich空泡截面独立扩张原理建立了空泡内压可变的非定常空泡扩张表达式,针对泡压非定常时域空间扰动模型,定义了3种内压扰动形式,分别就3种状态下空泡形态特性进行了仿真研究.仿真结果表明,建立的非定常空泡扩张表达式可用于描述多种内压扰动下空泡的扩张规律;切面空泡在内压的非定常变化中始终处于非稳定状态,但宏观主体空泡具有一定的自稳修正能力;在非定常状态下,空泡形态呈现出显著的可变形态及其与时间的强耦合关系;不同的内压状态可以显著改变空泡对于航行器的包裹程度,对航行器动力学特性产生较大影响.     

俄罗斯和乌克兰超空泡减阻技术研究进展

俄罗斯在超空泡减阻方面取得的成就是举世瞩目的, 根据对俄罗斯和乌克兰从20世纪60年代开始公开发表的理论与试验文献, 从几个方面进行了总结分析.总结了超空化体的阻力系数以及空泡形态计算的理论研究成果以及若干计算公式.总结了考虑重力影响对空泡形态影响的理论与试验计算公式, 以及对通气空泡形态和通气规律的影响, 并介绍了消除重力影响的试验方法.最后还介绍了非定常空泡形态计算方法和非定常情况下通气超空泡的动力学等问题上的研究成果.     

非定常人工通气超空泡数学仿真与分析

针对人工通气超空泡涉及因素多、时变特性强、实现难度大、成本代价高的复杂工程问题,开展了非定常人工通气超空泡数学仿真研究.根据Logvinovich的空泡截面扩展独立性原理,建立了非定常通气超空泡形态模型,给出了仿真计算方法,对影响超空泡形态的因素进行了动态仿真计算,得到了不同充气参数和运动参数下空泡形态变化规律以及与航行体表面的相对位置关系,提出了满足航行体高速运动稳定的空泡闭合位置要求.研究结果对水下高速航行体的通气系统设计和航行性能设计均具有重要的参考价值,并可为工程应用研究提供理论基础.     

海洋环境扰动对水下航行体超空泡形态的影响

基于空泡截面独立扩展原理,编写自然超空泡形态时变特性计算软件.5级海况波浪扰动下,超空泡长度变化不超过5%,最大截面半径变化不超过2%;随着航行深度的增加,超空泡尺寸逐渐减小;当遇到较大压力脉冲时,超空泡从中前部溃灭,空化器附近仍保留部分空泡;波浪对水下航行体超空泡流动的影响较小;在变深度运动时,须注意超空泡尺寸变化幅度,避免航行体沾湿;爆炸冲击波对超空泡流动有较大破坏作用.     

自然超空泡形态特性的数值模拟

基于流体计算分析软件Fluent6.3,对4种典型空化器头型建立了计算模型,进行了超空泡流动状态下的数值模拟研究,就空化器头型、空化器直径以及空化数等因素对自然超空泡形态特性的影响进行了分析探讨。数值模拟计算结果表明：空化器头型对超空泡形态特性影响明显,在相同条件下,平头空化器比锥角、圆头空化器更易形成自然超空泡,所形成的超空泡尺寸最大;当空化器形状以及空化数相同时,自然超空泡尺寸变化与空化器直径成线性正比关系;超空泡尺寸随着空化数的减小,成非线性的递增规律,而轴对称自然超空泡的长径比变化主要取决于空化数大小,空化数越小,自然超空泡长径比越大。     

超空泡鱼雷技术特点分析

在简要回顾各国超空泡鱼雷发展概况的基础上，解释了几个易混淆的与空泡有关的新术语（空泡、超空泡、自然超空泡、通气超空泡和空泡数），分析了超空泡的形成机理和特点，详细阐述超空泡鱼雷在总体结构和性能、动力推进、控制系统和弹道形式等方面的技术特点，概括超空泡鱼雷与普通鱼雷在结构外形、流体动力布局、系统组成和工作特性等方面的不同之处。     

不同尾部超空泡航行体阻力特性数值模拟研究

为了研究在不同的后体模型情况下，通气超空泡的形态及航行体的形状阻力特性，利用商业CFD软件Fluent6．0，对无后体和四种不同后体模型的航行体进行了通气超空泡数值模拟研究．获得了不同后体模型下，通气超空泡航行体的形状阻力系数变化规律及超空泡形态变化规律，同时获得了速度和通气压力的变化对各种后体模型通气超空泡航行体形状阻力系数及超空泡形态的影响，对开展不同后体模型航行体的通气超空泡试验研究具有指导意义．     

涡环泄气方式下通气空化的非定常流动特性研究

为了了解涡环泄气方式下通气空化的非定常流动特性,采用实验和数值计算的方法研究了绕锥头回转体通气空化流场。数值计算中,为了精确捕捉由于分离流动而产生的旋涡结构采用了基于空间尺度修正的滤波器模型（FBM）. 实验中,采用高速录像技术观察了对应工况下绕锥头回转体通气空化的空泡形态。研究结果表明：数值计算与实验结果取得较好的一致;通气空化的非定常流动现象为空泡尾流区云雾状空泡团的断裂脱落过程;空泡闭合位置的高压与空泡区域的低压形成较大逆压梯度,使空泡区域出现流动分离,进而在空泡区域产生复杂的旋涡结构,此旋涡结构与主流相互作用引起了空泡断裂,从而产生了脱落空穴涡。     

通气超空泡水下射弹数值模拟及试验研究

基于均质平衡流理论,利用流场分析软件Fluent 6.3对通气超空泡水下射弹进行了数值模拟,并利用射弹装置开展了试验研究.在初速为50 m/s和70 m/s两种情况下得到了射弹的通气超空泡,此时,随空化数减小,射弹形成超空泡需要更多的通气量,通气超空泡尾部不闭合;形成通气超空泡后,射弹阻力系数大幅度减小,并且不同速度的...     

绕圆头回转体通气超空化流动的实验研究

为了解绕圆头回转体通气超空化的流场特性,采用数字式粒子图像测速（PIV）系统和高速全流场显示技术,观测了绕圆头回转体通气超空化的空泡形态发展变化过程和尾迹流场。研究结果表明：在通气超空化空泡发展的整个过程中,空泡区域内前部流场比较平稳,为稳定的透明气相区;空泡尾流区域出现气相和水气两相混合区且存在显著的旋涡结构,此旋涡结构与主流相互作用产生大尺度的脱落空泡团,最终形成超空化尾迹。与不通气相比,通气超空泡化产生的脱落空泡团对回转体尾流区域流场影响较大,使尾迹区低速区域的范围明显增大,且低速区域内各个剖面上的速度明显减小;上下涡量带随着空泡区域的延伸而向后拉长,作用范围亦逐渐扩大,涡量聚集区由最初的涡量带转化为多个分散的涡量团,并逐渐向下游耗散。     

圆盘空化器超空泡形态三维数值模拟研究

基于结构化网格,运用N-S方程及k一ε湍流方程对均质流场求解,引入修正的Rayleigh-Plesset方程模拟空泡问题。对三维圆盘空化器在不同空化数下进行超空化流动数值模拟,将仿真结果与经验公式进行对比,二者具有良好的一致性。并且解决了带攻角圆盘空化器生成超空泡的数值模拟问题,详细分析了带攻角圆盘空化器生成超空泡的形态特征,总结了带攻角圆盘空化器与无攻角圆盘空化器的优缺点,为优化超空泡形态,实现高效减阻提供了参考依据。     

攻角变化超空泡射弹冲击水面的流体物理现象研究

在自行设计制作的实验装置上,用高速摄影机观察了超空泡射弹以57°～80°攻角倾斜地冲击水面及出水过程的流场,分析研究了相关的物理参数。实验结果表明,随着超空泡射弹接近水面,倾斜运动的射弹超空泡的头部形状出现了向水面的偏斜,即关于圆柱形物体轴线不对称; 数值计算结果证实了这种偏斜。分析结果表明,该现象是空泡下部压力大于上部压力造成的。进行了水平超空泡射弹和水面相互作用(90°攻角)的实验,发现了空泡向水面的偏斜和水面的抬升,先导表面波的形成,在自由面上方生成的水鳍及其破裂,自然超空泡向通气超空泡的转换等。基于Logvinovich的半经验公式,比较了测得的空泡形状,结果表明,在弹体头部附近空泡形状出现偏斜的现象。     

周期性阵风流作用下通气超空泡的仿真研究

建立周期性阵风流作用下的计算网格模型,得到阵风流作用下的多相流特性,并通过试验数据对比验证了该模型的正确性。基于所建立的模型,通过数值模拟研究了阵风流作用下通气超空泡的变化特性。研究结果表明：流场上游布置的阵风发生器周期性摆动可以在下游流场中产生阵风流动,阵风发生器频率越高,阵风流波长越小、波幅越大;来流速度越大,阵风流波长越大,波幅越大。流场下游的通气超空泡受到阵风流的作用发生变形,阵风发生器频率越大,超空泡变形越大;来流速度越大,超空泡形态越稳定;阵风流长波对超空泡形态的影响较短波小。空化数受到阵风流的影响而出现周期性变化,超空泡尾部泄气方式也随之出现变化,空化数变大时,超空泡尾部回射流的动量变大,影响了空泡尾部的双涡管泄气方式。     

通气超空泡的形态特性研究

产生满足动力平衡与控制要求的稳定的通气超空泡,是发展高速水下航行体的重要课题.其于N-S议程和有限体积法求解气液两相流,采用VOF法捕捉空泡界面,针对二维航行模型的能气超空泡流动进行了数值模拟,研究了楔形空化器平角、勇气流量及环境压力等物理参数的影响.结果表明,适当的空化器高计、能气流量和环境压力的参数组合,对于产生满足要求的稳定的超空泡外形是至关重要的.     

基于NURBS曲面建模的三维空泡形态计算方法

空泡形态研究是超空泡航行体设计与应用的关键所在。对于充分发展的空化,将Logvinovich空泡截面独立膨胀原理与NURBS方法结合,通过航行体和空泡面的NURBS曲面建模和求交运算得到航行体的三维空泡形态,分别就轴对称型定常空泡、小攻角引起的非轴对称型定常空泡以及航行体竖直向上运动过程中的非定常空泡进行了模拟。结果表明:该方法可用于计算具有复杂外形航行体的三维空泡形态,并且可视化程度高,具有一定的工程应用参考价值。     

Analysis of Unsteady Supercavitating Flow Around a Cone Cavitator

Based on an integral equation method, the unsteady supercavitating flow around a slender cone cavitator is studied. The shape and length of supercavity is calculated respectively by using a finite difference time discrete method. Their characteristics varying with the cone angle and cavitation number are investigated respectively. It can be seen obviously that the change of supercavity is characterized by retardation and waviness.