潜射导弹的空化特性研究

阐述了潜射导弹在水下运动过程中产生空化的机理,试验和理论计算结果表明导弹产生空化后,改变了导弹表面的压力分布,影响了导弹的水动力和附连质量.     

锥形空化器流体动力特性研究

为探究锥形空化器所具有的水动力学特性,在水洞中开展空化器系列实验研究,得到了不同锥角空化器的水动力参数。分析了锥形空化器的锥角对航行体流体动力特性的影响;给出了锥形空化器截平头时的动力学特性及不同截平头面积下的阻力变化。研究结果表明：锥形空化器的锥角大小影响空化器阻力系数和升力系数的大小;不同锥角下空化器升力系数位置导数相差较大;截平头面积较小时对航行体阻力系数影响较小,可以近似为全锥空化器。文中的实验结果对锥形空化器的选型应用以及超空泡航行体的控制特性分析具有参考价值。     

考虑空化效应的某软后坐火炮制退机液压阻力系数研究

针对某新型软后坐火炮制退机的恒定液压阻力系数无法准确描述制退机性能的问题,基于计算流体力学方法计算了火炮后坐复进不同阶段的液压阻力系数,其中重点考虑了空化效应对液体流动的影响。分别对前冲、后坐及复进阶段,建立了带有中心斜孔的筒内壁沟槽主流等效模型、不带中心斜孔的筒内壁沟槽主流等效模型及筒外壁沟槽主流等效模型。采用Mixture多相流模型与标准k-ε湍流模型,得到了不同沟槽深度及运动速度下液压阻力系数K的值。结果表明,液压阻力系数在前冲阶段为4.2～6.0、在后坐阶段为1.8～2.8、在复进阶段为1.6～2.4;且液压阻力系数随沟槽深度的增大而减小,随速度的增大先减小,达到发生空化的速度后增大。该研究可为某软后坐火炮的反后坐装置设计及试验测试提供支撑。     

轴向柱塞泵空化时气相动态演进过程及影响

针对轴向柱塞泵在工作过程可能出现的空化现象进行研究。目前使用的稳态流体模型在计算流体属性（密度和体积弹性模量）时没有考虑气体演进的动态特征。针对此问题,提出一种动态流体模型,该模型考虑液压油中气体（空气）的动态演进过程,包括气体的产生、消解以及在不同控制体积之间的输运和分布。应用此模型到轴向柱塞泵的压力流量特性仿真中,分析了气体影响泵特性的内在机理。分析结果表明：稳态流体模型会低估空化对泵出口流量和压力的影响,而动态流体模型从本质上揭示了空化时泵出口流量压力脉动的增加以及平均流量的降低是因为气相对流体可压缩性的改变。     

鱼雷燃烧室喷嘴流量特性计算

某型鱼雷燃烧室喷嘴流量范围大,自适应性强,与普通离心喷嘴明显不同。本文根据某型鱼雷燃烧室喷嘴的结构尺寸,分析此离心喷嘴的流量变化特点,并在此基础上建立了喷嘴流量变化特性的数学模型。运用数值解法,编程计算了喷嘴流量与喷嘴前后压差的变化关系。最后分析了影响该离心喷嘴流量特性变化的因素。此算法和结果对鱼雷燃烧室变截面大流量离心喷嘴的设计有参考价值。     

水下射弹典型空化器的超空泡形态特性分析

基于均匀多相流假设,建立了水下射弹自然超空泡流动的多相流CFD模型,研究了圆锥和圆盘2种头形空化器的超空泡形态特性,分析了空化数、头形、半锥角、空化器直径等对超空泡形态特性的影响,圆盘空化器有利于水下射弹形成超空泡流.在此基础上,通过FLUENT软件的自定义函数将边界条件的采流速度转化为时间的函数,数值模拟了圆盘空化器水下射弹的空泡流发展过程,分析了射弹在水下运行过程中空泡形态的变化特性.结果表明,射弹在水下航行中,表面形成的超空泡长径比很大,随着空化数的增加,超空泡流迅速衰减.     

圆盘空化器超空化绕流流场结构及动カ特性的数值分析

应用均质平衡流模型对圆盘空化器超空化非定常绕流流场进行数值计算研究。为了更准确地捕捉流场的非定常特性,通过对ANSYS_ CFX10.0软件的二次开发引入了基于滤波器的湍流模型,空化模拟则采用基于Rayleigh-Plesset方程的质量传输模型。在此基础上,计算了绕圆盘空化器超空化形态及升力和阻力随时间的变化曲线。计算结果显示：绕圆盘空化器的超空化流场可分为上游的高含汽率区和下游的汽液交混区,前者形成稳定的驻涡而具有稳定的空泡形态,后者则随着尾部涡团的交替发展而逐渐向下游扩展,最后稳定为拟圆锥状空化带;在超空化形戍过程中,圆盘空化器可迅速获得稳定的升阻力。     

低温液体运载火箭输送系统空化特性研究

低温液体运载火箭输送系统空化将导致发动机泵入口压力下降,偏离设计工况,严重时可能引发涡轮泵夹气,为运载火箭飞行可靠性带来灾难性影响。采用数值仿真与地面全尺寸出流试验相结合的方法,系统研究了低温输送系统空化特性及发展规律。结果表明,贮箱压力、飞行过载、液柱高度、推进剂温度、出流口型面等参数均对空化的发生与发展有重要影响,且相互之间耦合效应显著;出流口处存在局部限流环节,是初始空化诱发的位置;当输送管直管段当地静压不足以抑制空化时,空化可能沿输送管向下游传递;合理控制当地静压是抑制空化初生和沿流动发展的有效措施。     

剪切来流下超空泡射弹空化与水动力特性的数值研究

为研究剪切来流下超空泡射弹空化与水动力特性,采用Mixture多相流模型、Schnerr and Sauer空化模型和Realizable k-ε湍流模型,对水下剪切来流中的超空泡射弹进行数值模拟研究,来流平均速度为600 m/s,剪切率为0～7 500 s^-1。均匀来流中,包裹射弹的超空泡上下对称,阻力以压差阻力为主,升力系数为0。剪切来流下,超空泡不对称,并向低速侧偏斜,压差阻力略微增加,致使阻力系数增大。由于高速侧绕流更快,低速侧的涡旋产生更显著的卷吸作用,使得射弹受到朝向低速侧法向黏性力的作用,升力系数减小为负值。当剪切率进一步增大时,弹肩高速侧出现沾湿,弹体周围黏度增加,导致阻力系数显著增加,且水压显著大于饱和蒸汽压,压力的法向分量更加剧烈地作用到低速侧方向,升力系数进一步减小。     

绕空化器回转体非定常通气空化流动特性的实验研究

为了研究绕回转体通气空化流场特性,以带空化器回转体为研究对象,采用实验的方法运用全流场流动显示技术获得了不同条件下的空泡形态、流场结构。研究结果表明：在相同傅汝德数下,空泡形态随通气率的增大而增大,从最初的游离空泡发展成超空泡,在超空化阶段的显著特点是在主流区和超空化区之间存在着光滑而清晰的分界面,空泡的稳定性增强;在相同通气率下,空泡形态随傅汝德数的增大而减小,由于空泡界面的滑移速度增大,通入的定量气体来不及聚积成大的空泡而被高速来流带到流场的下游,使得泄气量加大;通气空化流场呈现非定常特性,其反向射流的推进速度随通气率的增大而增大。     

半球头模型空化流场非定常特性的数值模拟

为了更好地利用数值方法研究空化流场的非定常特性,结合简化的Rayleigh-Plesset方程,建立了一个新的空化模型。利用新空化模型对半球头水下航行体的空化流场分别进行了定常和非定常的二维轴对称数值模拟研究。新空化模型的成功应用表明,空泡在扩张过程中发生冷凝相变,在收缩过程中发生蒸发相变。由数值模拟与实验现象的比对分析可知,按照空化数大小,空化流场分为3种类型,分别是超空化流场、次生空化流场和弱空化流场,且由于非定常性影响,每种类型的空化流场都对应着不同的模型系数。新空化模型能够成功捕捉空化流场的非定常细节,有助于进一步研究空化机理。     

基于声压测量的离心泵空化监测

在实验室条件下,运用声压测量法对离心泵的空化进行了试验研究。利用水听器捕捉离心泵空化时的高频辐射噪声,对空化前后水声信号的声压级进行分析,寻找离心泵空化的特点和规律。分析发现:声压信号的能量主要集中在5～12.5kHz频带内,其峰值出现在7kHz和9kHz附近;5～8kHz和8～12.5kHz频带声压级以及5～12.5kHz总声压级的变化趋势与某些相关文献中的空化声压变化规律相吻合,且在空化后有10～20dB的明显增强,因此可以作为空化监测的基本特征量。     

再生式液体发射药火炮喷嘴内空化流动研究

为研究再生式液体发射药火炮喷嘴内部空化效应对射流雾化的影响,针对常用喷嘴结构建立了Euler多相流模型和空化模型,研究了喷嘴内部的空化流动现象,分析了喷嘴结构形式、内部倾斜角和喷射压力对喷嘴内部空化流动与喷嘴出口流动状态的影响规律。结果表明:RNG k-ε湍流模型比k-ε湍流模型更适于分析喷嘴内的空化流动现象; 圆柱形和圆锥形喷嘴内部均发生空化流动现象; 增大圆锥形喷嘴倾角导致空化增强,气液掺混区域变大,但流动速度受阻; 大于10 MPa的喷射压力有利于形成稳定的空化流动。研究结果为优化喷嘴结构设计提供了理论依据,为进一步研究射流在燃烧室内的破碎、雾化、蒸发和燃烧过程提供了上游边界条件。     

重载车辆传动装置旋转润滑缝隙油道通流特性

旋转缝隙油道是重载车辆传动装置润滑系统的主要结构形式,传动系统高速旋转时,由于润滑油受到外力的作用,存在润滑油供油不足的风险,需要掌握传动装置润滑系统旋转缝隙油道内各主要参数对旋转缝隙油道通流特性的影响。为此建立旋转缝隙油道通流量的理论模型,探讨润滑系统旋转缝隙油道的润滑机理以及通流特性,分析油液温度、入口压力和旋转缝隙油道转速对润滑流场的影响规律,并利用传动装置旋转缝隙润滑油道试验台进行试验分析与结果验证。研究结果表明：随着转速的增加,靠近入口的3组径向圆管出口流量呈现小幅增加的趋势,而缝隙出口的流量随着转速增加显著减少;入口压力的增大使旋转缝隙油道各出口流量呈现增加的趋势,但缝隙出口流量增加更加显著;通过试验结果与理论计算结果进行对比,表明了车辆传动装置旋转缝隙油道通流量的理论计算模型的有效性,为传动装置润滑系统的精确供油设计提供理论依据。     

水下射弹的空泡形态特性研究

基于Rayleigh-Plesset方程的单一介质可变密度混合模型,建立了水下射弹空泡流动的多相流CFD模型,对水下运动射弹的空泡特性进行了数值模拟,将数值仿真结果与试验数据进行了对比,数值计算与试验结果符合较好.在此基础上,计算了零攻角条件的不同头形空化器及相关参数变化的水下射弹空泡形态特性,分析了空化数、头形、半锥角、空化器直径等对水下射弹运动形成空泡形态的影响.研究结果为进一步研究水下射弹的空泡运动提供了理论参考.     

基于双时间步长-预处理算法的水下多组分空泡流场求解方法研究

采用一种基于双时间步长．预处理算法的空化流场求解方法，用于对水下多组分（包含水、水蒸汽、空气等）空泡流场进行分析研究。在控制方程源项中包含了多组分化学反应、水-水蒸汽之间的相变等过程，并采用多块结构化网格、Roe空间离散格式对控制方程组进行离散求解，给出了典型算例，结果表明，该算法可准确地捕捉到自然及通气空泡流场中的主要特征，适用于包含多组分、且同时具有不可压缩性和可压缩性的水下空泡流场求解。     

小攻角下的水中引信前置涡轮转动特性和空化研究

为了获得小攻角下水中引信前置涡轮的转动特性,理论分析了小攻角下涡轮的转动情况,并建立了仿真模型和试验方案。以此为基础,针对0°攻角和5°攻角,获取了0~35 m/s来流速度下的涡轮转速。在10 m/s来流速度下,针对无空化以及空化数为0.2~1.0的情况,利用仿真和试验结果对比分析了0°攻角和5°攻角下相应的涡轮转动和空化特性。研究结果表明,仿真结果与试验结果基本一致,较好地预测了涡轮的特性。与0°攻角情况下相比,在较低来流速度（小于20 m/s） 下,5°攻角情况下的涡轮转速偏大,高速下反之;在发生空化时,5°攻角情况下的涡轮失去了原有转速信号的周期性变化,并在更低的空化数下停转。     

Analysis on Velocity Characteristics of Cavitation Flow Around Hydrofoil

The time-averaged velocity distributions in flows around a hydronautics hydrofoil were measured by using a digital particle image velocimeter(DPIV) system.The results show that the velocity distribution in the whole flow field depends on the development of cavitation structures with the decreasing of cavitation number.The high-fluctuation region with lower velocity relates to the cavitation area.The lowest velocity distribution in the cavity core becomes more uniform,and its influence becomes smaller gradua...     

柴油机喷孔内空化过程及影响参数的试验研究

柴油喷油器内部燃油的高速流动易导致喷孔内部出现空化,影响燃油的流通,因此研究喷孔内燃油空化过程具有重要的意义。在比例放大透明喷孔可视化试验台架上,完成了不同进出口压力下的喷孔流动特性试验,研究了喷孔内的空化规律和对喷孔内流率特性的影响。试验结果表明：当固定入口压力时,随着出口压力的降低,在无空化阶段,流量系数基本不变;当出现空化进入空化发展阶段,空化增强并向出口方向发展,质量流率继续增加,流量系数有所下降;在空化饱和阶段,质量流率不再增加,流量系数加速降低;喷孔的入口压力不影响空化初生和空化饱和对应的临界空化数;喷孔直径不影响空化初生点,但影响空化饱和点,喷孔直径越大,越难达到空化饱和,对应的临界空化数越小;喷孔长度影响空化初生点和空化饱和点,喷孔长度越长,越难发生空化,也越难达到空化饱和,对应的空化初生和空化饱和的临界空化数越小。