楔体后部非定常超空泡长度预测

基于势流理论,采用积分方程方法,研究了薄楔体后部非定常自然超空泡流问题。应用时间有限差分离散化方法,得到了积分方程的数值解。预测了楔角和空化数作各种变化时,超空泡长度的非定常变化过程。楔角或空化数变化频率越高,空泡长度的变化越小,相对滞后时间越长。     

水平超空泡发生装置的研制及相关实验研究

研制了水平发射细长体诱导产生超空泡的实验设备.采用高速摄影仪实时记录几种不同工况下细长体在水中高速航行的过程,观察细长体水平高速入水后超空泡气液两相流形态发展变化过程.分析细长体的长径比和空化器头部形状对超空泡形态和稳定性的影响.根据实时记录的照片,计算细长体的速度以及超空泡尺寸的变化,并给出了空化数和超空泡无量纲尺寸之间的关系曲线,然后与Logvinovich和Savchenko等提出的模型做了比较,结果表明实验数据和模型的变化趋势基本一致.     

尾翼楔角对通气超空泡特性影响试验研究

为优化通气超空泡航行体流体动力布局,通过水洞试验,研究了航行体尾翼对通气超空泡航行体流体动力的影响.细致分析了通气超空泡的生成和发展过程,给出了尾翼、尾翼楔角对通气超空泡航行体流体动力的影响规律.试验结果表明:航行体尾翼增大了通气超空泡航行体阻力系数与升力系数.通气超空泡航行体阻力系数与升力系数分别随自然空化数减小而减小.通气超空泡航行体阻力系数与升力系数随通气率增大先小幅增加后减小.尾翼楔角越大,通气超空泡航行体升力系数越大.     

重力场对轴对称体稳定空泡形态影响的实验研究

水下超空泡航行嚣的空泡几何形状对航行嚣的受力状态与航行性能关系重大，在水洞模型超空泡实验中发现重力场是影响空泡几何形状的主要原因之一．该问题此前虽有文献挺及，但未见有具体阐述。为此专门开展了在不同佛汝德数下对不同头型的轴对称体模型空泡几何特性的实验研究。实验中获得了大量变形空泡的录像，并对空泡的外形进行了定量处理，对实验结果进行了定性与定量分析，获得了重力场对轴对称体空泡几何形状影响的规律性结果．同时对重力场影响空泡形变的机理作了探讨分析。     

尾翼对高速射弹的空化与阻力特性影响分析

为研究尾翼对高速射弹水下运动时流体动力特性的影响,基于简化Rayleigh-Plesset空化模型和SST湍流模型,通过求解汽水混合物的RANS方程和相间质量传输方程,建立了具有相同弹体尺寸的有尾翼和无尾翼的两种平头射弹水下高速运动多相流计算模型.在相同的初始速度下,计算并对比分析两种射弹水下高速非定常运动的空泡形态及阻力特性.计算结果表明:两种射弹模型在水下高速运动时,均能迅速形成稳定的自然超空泡,有尾翼射弹的尾翼刺入空泡壁面内,破坏空泡原有的对称圆截面,形成带有凸起的空泡壁面形态;有尾翼射弹阻力系数大于无尾翼射弹阻力系数,且有尾翼射弹的阻力系数对空化数的变化更为敏感,随着空化数的增加,有尾翼射弹的阻力系数急剧增大,尾翼改变了弹体尾部超空泡的溃灭形态,空泡溃灭于弹体尾部时均引起阻力系数的波动;有尾翼射弹的空泡量纲一的长度、直径均大于无尾翼射弹的空泡量纲一的长度、直径,且在空泡溃灭于弹体尾部时,受尾翼的影响,两种射弹的空泡量纲一的长度、直径的变化速率有所差异.     

应用DES方法模拟非定常空泡流动

在水下运动的水翼表面的局部低压区会形成空泡,而空泡具有随时间变化的非定常特性.采用DES(dettached eddy simulation)方法模拟绕水翼空泡流动的非定常特性.模拟了空泡的发生、发展、破灭、脱落的非定常过程,获得了空泡的发展、演变过程中水翼升力、阻力随时间变化的情况.模拟结果表明,空泡流动表现出明显的周期性特征;水翼的升力、阻力的周期性波动表现出同步变化的特征.将模拟结果与实验数据对比显示该方法可以准确地模拟空泡流动.     

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.     

通气超空泡形态及其稳定性实验研究

通过在水洞中开展的系列实验对通气超空泡形态及其稳定性进行了研究．研究表明,重力对通气过程和关气过程所形成的通气超空泡影响不同,但超空泡轴线变形量都以非线性方式增长．当重力影响较小时,在相同空泡数下,通气超空泡与自然超空泡在形状和尺度上基本相似,并且两者的长细比都随着空泡数的增大而减小．通气超空泡形态不稳定主要有3种表现形式：气泡振荡、空泡界面波动以及空泡界面扭动,它们特点各异,对空泡产生的影响也不同．     

射弹尾翼数对超空泡流特性的影响

为研究尾翼数对超空泡的影响规律,采用ANSYS CFD软件,通过Schnerr-Sauer空化模型对带有不同尾翼数水下高速射弹的超空泡流特性进行了三维的数值模拟研究,分析了尾翼数的不同对超空泡形成和发展的影响以及不同尾翼数下射弹的阻力系数。结果表明:无尾翼与有尾翼射弹超空泡的发展过程基本相同,但由于尾翼的存在,使得尾翼后面的超空泡表面粗糙,同时会对超空泡的形状造成一定的扰动,使其形状发生相应的凹凸变化,且尾翼数越多,扰动会越明显;随着射弹尾翼数的增加,超空泡的无量纲直径、长度会呈现逐渐增大的趋势,且在未形成完整超空泡前,射弹阻力系数正比于射弹尾翼数。将Logvinovich超空泡截面独立膨胀原理的结果与数值模拟结果进行比较,发现Logvinovich半经验公式计算结果和数值模拟结果相吻合。     

潜射航行体肩部通气流体动力特性数值研究

为研究潜射航行体肩部通气空泡流对其表面流体动力特性的影响,基于均质多相流理论、标准RNG k-ε模型、Singhal空化模型以及重叠网格技术,建立三维潜射航行体肩部通气模型,开展通气非定常空泡流演变过程数值模拟研究,对比了不同通气量下空泡流形态演化、表面压力分布以及阻力特性.结果表明:当通气量增加到一定值后,通气空泡流...     

Analysis of unsteady supercavitating flow around a wedge

Supercavitating flow around a slender symmetric wedge moving at variable velocity in static fluid has been studied. Singular integral equation for the flow has been founded through distributing the sources and sinks on the symmetrical axis. The supercavity length at each moment is determined by solving the singular integral equation with finite difference method. The supercavity shape at each moment is obtained by solving the partial differential equation with variable coefficient. For the case that the wedge takes the impulse and uniformly variable motion,numerical results of time history of the supercavity length and shape are presented. The calculated results indicate that the shape and the length of the supercavity vary in a similar way to the case that the wedge takes variable motion,and there is a time lag in unsteady supercavitating flow induced by the variation of wedge velocity.     

Experimental study on the performance of a rotational supercavitating evaporator for desalination

Efforts have been made on experimental research of a supercavitation device for desalination,which is named rotational supercavitating evaporator(RSCE).The RSCE is characterised by the simple construction and responsive capacity control,and only requires rough filtration of the source water for scaling-and fouling-free operations.The present study has been conducted for the water flow at temperature of around 22–30°C and atmospheric pressure as the first step for investigation of the performance characteristics of RSCE.The multiply factor extremal experiments conducted with the Box-Wilson’s method have revealed the salinity of the condensate,the temperature of steam inside the supercavity,and dependence of the shape of supercavity on the rate of steam extraction and rotation speed of impeller.The shape of impeller and the expected supercavitating effects it generates have been confirmed by experimental results at the rotation speed of 5430 rpm(round per minute).The design of the steam extraction openings has been approved during the evacuation of steam.The experimental dependencies have been obtained in form of statistically valid regression equations,which can be used for engineering design of RSCE.     

非流线型航行体超空泡减阻的实验分析和数值模拟

针对某水下航行体模型,在水洞内进行了自然状态和通气产生超空泡状态下的阻力试验,并用FLUENT6.0进行了数值模拟,依据比较结果分析和处理了实验数据,得到了自然和通气状态下非流线型水下航行体的阻力变化规律.结果表明,自然状态下非流线型航行体的阻力比流线型的大3倍多,但通气形成超空泡后可以大大降低航行体的阻力,并使减阻效果超过流线型航行体,从而达到更高的航速.     

超空泡航行体前部线型对空泡生成速度影响实验研究

基于航行体超空泡理论和格兰威尔线型设计方法,设计了3种具有不同前部线型的航行体模型。并针对所设计的3种模型和具有锥形前部外型的航行体模型在西北工业大学水洞进行了超空泡生成速度的实验研究。结果表明:①航行体前部线型对超空泡生成速度的影响程度与航行体的轴向压力分布和斜率分布有关,模型表面的压力和斜率轴向分布曲线越平坦或变化率越小,越有利于提高航行体超空泡生成速度;②航行体超空泡生成速度与通气流量有关,增大通气流量可以减小航行体超空泡生成时间。文中结果为提高航行体超空泡生成速度提供一条技术途径和研究方法。     

通气超空泡洞壁影响及其比尺效应数值模拟

基于RANS方程,采用分相流模型和SST湍流模型,考虑了水-气两相之间的相互作用及重力效应,对通气超空泡的洞壁影响及其比尺效应进行了研究.研究了不同湍流模型对通气率的影响,通过数值模拟复现了通气超空泡在不同通气率条件下的发展过程,比较了水洞中不同模型比例和无界流场中在空泡形态和阻力上的差别.研究结果表明,小比例模型在空...     

Study on the trajectory prediction curves of supercavitating vehicle

In order to understand the laws of motion for supercavitating vehicle better, simplified equations for longitudinal motion of supercavitating vehicle were derived. Then the corresponding simulation software for trajectory of supercavitating vehicle was programmed, by which the theoretical predicted trajectories of the supercavitating vehicle at different velocities were obtained. It was found that the predicted trajectories at low speed and without cavitation on the vehicle in theory agreed well with those in experiments, and the theoretical predicted trajectories at high speed and with supercavity on the vehicle correctly reflected the motion laws of the supercavitating vehicle. The influences of various parameters of cavitator and rudder on the underwater trajectory were compared and analyzed, which can provide a guide for the design of hydrodynamic distribution and gross parameters of the supercavitating weapons.     

随机激励下随机参数超空泡结构的动力可靠度

针对具有随机参数的超空泡结构在随机激励下的动力可靠性问题,使用八节点超参数壳单元对超空泡航行体建模,将超空泡尾部受到的冲击载荷及滑行力简化成2个存在某一相位差的平稳随机过程,利用虚拟激励法将双随机问题精确地转化为单随机问题.应用Newmark法结合虚拟激励摄动法计算出随机结构的应力响应,进而求出随机参数超空泡结构动力可靠性所需的全部数字特征.由首次超越破坏准则的动力可靠度公式,求出随机参数超空泡结构动力可靠度的均值和方差的计算公式,解决了具有随机参数超空泡结构的动力可靠性问题.通过算例与Monte Carlo方法结果的比较,验证文中方法的可行性和有效性.     

Study on hysteresis phenomenon in the acceleration phase of supercavitation vehicle

This paper aims to explore cavity shape variation regularity in the acceleration phase of supercavitating vehicle.According to the theory of Homogenous Equilibrium Flow,with Mixture Muhiphase Model,by ...