水下线型聚能切割器内外炸高对射流侵彻性能的影响

借助ANSYS/LS-DYNA程序,对线型聚能切割器在水下切割钢板的性能进行了数值模拟研究,并通过试验对数值模拟仿真结果进行了验证。通过数值模拟和试验对比,重点分析了水下聚能切割器空气内炸高和水外炸高对射流侵彻靶板的特性影响。数值模拟和试验结果表明:聚能槽内的水介质会阻碍射流的形成,严重影响切割性能,设置适量的空气内炸高并减小水外炸高,可以提供射流形成的空间,大幅提高射流的侵彻能力;空气内炸高越小,射流的形成越不充分,形成射流的速度和动能越小,侵彻能力越弱。     

喷嘴结构对水喷射泵抽气效率影响的数值研究

采用FLUENT计算软件,对渐缩型喷嘴和孔口型喷嘴水喷射泵内气液两相流动过程进行了数值模拟。比较了相同工况下两种喷嘴结构水喷射泵的抽气特性,并对水喷射泵内部的水相百分数、速度、湍流动能分布进行了分析。结果表明,在相同工况下,孔口型喷嘴抽吸气体的性能优于渐缩型喷嘴的抽气性能。孔口型喷嘴形成的射流结构有利于与气相的能量交换和组分混合,渐缩型喷嘴的湍流分布不利于能量交换,大量的能量耗散是其抽吸气体效率下降的主要原因。对水喷射泵内部两相流动过程进行数值模拟分析,不仅可以加深水喷射泵抽气机理的理解,还为水喷射泵的抽气效率提高和优化设计提供了一定的参考。     

基于热不平衡两流体模型气氧射流冷凝过程研究

建立了氧气在液氧流体中流动冷凝过程的一维热不平衡两流体六方程模型,提出了气泡冷凝模型,对过热蒸气状态方程,相界面受力方程也进行了改进。研究了高温气氧射流冷凝过程的气液两相分布特性,包括两相流速分布,声速分布以及冷凝特征长度L/d。分析了气液流量比,液氧温度和压力对气氧射流冷凝过程的影响,得出了提高液氧过冷度能够减小气氧射流冷凝特征长度。获得了冷凝特征长度凝结关系式,仿真结果与气氧射流冷凝试验结果一致,验证了热不平衡两流体模型求解气氧射流冷凝问题在较大工况范围的适应性。     

水下近场爆炸冲击波与射流载荷联合作用分析方法

针对舰船水下近场爆炸,提出综合考虑冲击波载荷与射流载荷的分析方法。对水下近场爆炸气泡脉动过程进行数值模拟,建立射流冲击计算模型,进而简化射流载荷,在冲击波阶段流固耦合模拟结束后自动添加射流载荷,形成完整水下近场爆炸过程的计算流程。建立舷侧板架结构有限元模型,采用MSC.Dytran软件进行流固耦合数值模拟验证方法的可行性。该方法综合考虑冲击波与射流载荷对结构作用,能较真实模拟水下近场爆炸过程,具有一定工程意义及参考价值。     

水下爆炸气泡射流对船体破坏效应研究

兵器水下爆炸时,由于船体边界存在影响了气泡自由膨胀,使气泡上升过程中会朝船体方向运动,气泡被船体吸引破裂后形成的高速水射流是舰船结构毁伤的重要因素。基于GeersHunter理论,将射流形状等效为水柱射流,采用数值仿真计算方法研究气泡射流对舰船结构的破坏效应。研究结果表明:气泡射流对船体结构的二次加载压力能使船体外板出现较大范围的塑性变形,使船体结构受到严重二次毁伤。     

近自由面水下爆炸气泡与结构相互作用数值计算研究

近自由面水下爆炸气泡在自由面与结构共同作用下会呈现出非常复杂的运动特性,利用体积加速度模型确定气泡运动的初始半径及速度,针对流场特点,通过自行开发的子程序实现了流场初始条件与边界条件的定义,基于MSC.DYTRAN有限元软件的流-固耦合处理方法对近水面水下爆炸气泡与结构相互作用全过程进行数值模拟,通过与现有实验数据的对比,验证有限元模型建立和子程序开发的正确性。以此为基础,研究气泡与自由面、气泡与结构的距离以及结构初始角度等参数对气泡运动特性、射流角度、射流速度的影响规律,计算模型、方法及结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值。     

受限式阵列射流过冷沸腾的可视化实验研究

以43%质量浓度的乙二醇水溶液为工质,针对5 mm×32 mm的加热面,采用孔径1 mm,孔间距和孔径比值为4(孔数为7),射距和孔径比值为5的一维阵列射流结构,对受限式射流过冷沸腾进行了可视化实验研究。结果发现,由于加热面朝下,沸腾气泡由于浮力紧贴壁面,而阵列射流引起的横流冲刷作用也不足以吹跑气泡,因此,在一定的热流密度下,当靠近加热表面的气液界面上的蒸发和受过冷液体冲击的气液界面上的凝结取得动态平衡时,将形成一定大小和分布规律的稳定气泡。随着热流密度的增加,气泡长大、合并,并最终形成覆盖整个壁面的"气垫",导致临界热流密度的发生。射流速度较小时,射流无法对加热面形成有效的直接冲击,气泡首先在整个加热面的中间形成;而在射流速度较大时,由于壁面射流的"对冲效应",气泡在两股射流的中间形成,因为那里的冷却最弱。     

喷管非轴对称性对超声速欠膨胀射流激波啸叫影响实验研究EI北大核心CSCD

喷口外形是影响超声速射流激波啸叫模态特性的重要因素之一。对矩形射流以外的非轴对称喷管的超声速射流激波啸叫研究较为缺乏。为研究非轴对称收缩喷管对超声速射流激波啸叫的影响,针对圆形射流、正方形射流和正三角形射流的激波啸叫特性开展了实验研究。研究发现相比圆形喷管和正方形喷管,三角形喷管具有很大的抑制激波啸叫噪声的降噪潜力。采用方位角重构的方法对不同喷管外形的超声速射流激波啸叫开展了模态特性分析,结果表明,圆形射流、正方形射流和三角形射流激波啸叫A模态和B模态的基频模态特性基本一致,而A模态的倍频模态特性存在一定差异。在完全膨胀马赫数大于1.32时,三角形射流出现了特有的激波啸叫模态,其基频和倍频均为轴对称模态。     

基于欧拉单元的水下气泡高效数值仿真算法研究

基于Navier-Stokes方程的有限差分格式,对水下气泡脉动过程进行数值模拟,实现了一种能够精确处理复杂形状自由液面边界的数值算法。针对当前气泡脉动仿真算法计算效率低下的情况,提出能够提高计算效率的近场压力边界条件：将气泡远端流场近似为点源/汇流动,求出远端压力作为边界条件,从而实现小区域模型模拟无穷流域问题。通过近场边界压力合理性的判别机制,有效抑制了边界压力失真现象与数值震荡现象。将计算结果分别与理论公式和实验数据进行对比,证明了本文所述算法的可靠性与高效性。最后,对近壁气泡脉动和射流过程进行了数值模拟和定性分析。本方法可用于水下爆炸气泡脉动、螺旋桨空泡溃灭等过程的数值模拟和相应射流冲击载荷的预报。     

水深和药量的变化对水下爆炸气泡射流的影响研究

假设水下爆炸气泡脉动阶段的流场是无旋、不可压缩的理想流体,运用势流理论导出气泡边界面运动的控制方程,应用气泡动力学模型,用时边界积分法求解得到气泡等边界的变形及位置,在气泡坍塌后运用环状数值模型模拟气泡的非球状回弹,并开发了相应的计算程序,计算结果与精确解吻合很好。运用该文开发的程序计算自由场中环状气泡的运动,计算了流场中滞后流的速度以及压力随时间的变化,并讨论了水深和药量的变化对水下爆炸气泡坍塌形成的射流速度以及气泡脉动周期的影响,得到一些有规律性的曲线,旨在为相关水下爆炸气泡动态特性研究提供参考。