回转体局部空泡流的数值分析

通过在回转体和空泡表面分布源汇的方法，建立了求解回转体局部空泡流场的数值方法。依据建立的数学模型与数值方法，对两种具有典型头部线型的回转体局部空泡绕流场进行了数值计算。在数值计算过程中发现第一次迭代所得结果和最终的收敛结果相比误差仅为5％，并把计算结果与有关献的实测数据进行了比较，发现计算结果与实测数据十分接近。     

半圆头回转体自然空化流场分析

采用计算流体动力学软件FLUENT6．3对半圆头回转体进行流场分析,验证模型设置和计算方法的有效性,对不同空化数下的流场进行了求解．结果表明：在标准大气压下,空化数σ=0．096是该种头型的,晦界空化数;随着空化数的减小,超空泡在弹体上的长度逐渐增大,总阻力系数逐渐减小;超空泡具有很好的减阻特性,对于该种头型,减阻能力达59％～75％．     

绕流线型回转体通气两相流动的非定常特性

为深入了解通气两相流的流场结构及水动力特性,在循环水洞中利用高速全流场显示技术及六分力天平测量技术,对绕流线型回转体通气两相流动的非定常特性进行实验研究.结果表明:弹身区域流场呈均匀分布的水气两相混合状态,流动稳定,非定常特性不明显;尾部区域流场较为紊乱,非定常特性明显,尾部空泡涡的周期性脱落引起模型阻力系数出现周期性脉动现象.绕流线型回转体通气两相流动的非定常特性与雷诺数及通气率有关.通气率的增加可降低由于尾部空泡涡的脱落而引起的阻力系数的波动幅度,而对尾部涡的脱落频率无明显影响;随着雷诺数的增加,由于尾部空泡涡的脱落而引起的阻力系数的波动幅度减小,尾部涡的脱落频率增加.     

头型对回转体非定常空化流动特性影响的实验研究

为了研究绕不同头型回转体的空穴发展特性,采用高速录像技术分别观察了绕平头和半锥角为45°的锥头回转体在不同空化数下的形态特征,应用粒子测速系统(PIV)测量了其速度、涡量及湍流脉动等分布情况。研究表明,相比于锥头回转体,同一空化数条件下,平头回转体的空穴最大尺度较大,且其随空化数的变化率亦较大;平头回转体空穴在发展的过程中表现为大尺度空泡团的融合、脱落及溃灭,表现较大的脉动,锥头回转体则为小尺度空穴的溃灭及再融合进而溃灭,空穴的脉动较小;空穴区域对应于低速高脉动区域;随着空化数的减小,速度分布趋于均匀,空穴内部流动脉动增强,高湍动能区域逐渐增大。     

回转体喷气减阻实验研究

采用避面喷气法在一回转体模型上进行了减阻实验，结果表明，使用喷气法降低水下物体阻力是可行的，并在一定条件下得到了8%的总阻力降，在对影响减阻的因素进行分析后，指出获得更大减阻效果是可能的。     

通气流量对超空泡外形特征影响实验研究

通气超空泡技术是提高水下航行体速度的一种重要方式,生成稳定的空泡形态是该技术的重要环节。在高速水洞实验室中进行了超空泡的生成和形态稳定性实验研究,获得了大量通气超空泡的记录。通过对空泡的外形进行量化处理,获得了通气流量以及空化数对细长体超空泡长度和直径等几何特征量的影响规律,同时对实验结果进行了定性和定量分析。实验证实了通气流量率是影响超空泡尺度的最重要因素,对二者关系进行了拟合并与同类文献进行了比较,提出了实现超空泡外形调控的通气规律。     

通气空泡最小空化数影响因素数值研究

为了揭示重力效应及水洞阻塞效应对最小通气空化数的影响,本文基于两流体多相流模型和SST (Shear Stress Transport)湍流模型,考虑了水气两相间的相互作用,建立了通气空泡流三维数值仿真模型．对比研究了无界流场和水洞流场中最小通气空化数与其影响因素之间的关系．研究结果表明无界流场中的最小通气空化数随弗劳德数的增加而减小,两者呈幂函数关系;在水洞中,相同的弗劳德数条件下最小空化数随着阻塞比的增加而增加．在相同的弗劳德数区间内,最小空化数的变化幅度随阻塞比的增加而减小．     

空蚀区空化水流特性的实验研究

实验研究了空蚀区空泡溃灭特性.实验在浙江工业大学水力学实验室空化水洞中进行,采用高速摄影技术观测了不同掺气体积分数下空蚀段的空化云形态,并量测了空化水流的压力.利用绘制的空化数曲线对空泡溃灭进行了分析处理,得到了空化水流在空蚀段沿程变化的特征.结果表明:在不同的掺气体积分数下,对应于各种不同的空化形态,空蚀段空化水流表现出不同的特点;空化数有一个突然上升的过程,在此过程中空泡大量溃灭.     

通气超空泡临界通气率的水洞试验分析

形成通气超空泡所需的通气量是设计试验的一个重要参数,适当的通气量才能形成形态可控且减阻的理想超空泡.表征通气量的无量纲参数是通气率,形成超空泡的最小通气率称为临界通气率.在可连续通气水洞中对航行体缩比模型进行了通气超空泡试验,通过改变水洞工作段的来流速度和压力、模型比例和空化器等因素,获得了一系列不同形态的通气超空泡,分析了影响通气超空泡临界通气率的因素.     

回转体并联入水过程空泡及运动特性数值模拟

为研究初始参数对回转体并联入水空泡及运动特性影响,基于有限体积法,采用realizable k-ε湍流模型、VOF(volume of fluid)多相流模型和Schnerr and Sauer空化模型,并引入重叠网格技术,对不同入水速度、不同初始净距和不同横流速度的回转体并联入水过程进行数值模拟。首先,建立了回转体高速并联入水的数值计算模型,验证了计算方法的有效性。然后,基于此模型开展不同初始参数的并联入水数值计算,得到不同参数下的流场及运动特征。最后,结合计算结果分析了不同参数下并联运动体的空泡形态及特征尺寸变化、侧向与偏航运动规律。研究结果表明,随着入水初速度增大,内侧空化现象越剧烈,同一量纲一的时刻空泡的外侧极径和限制长度增大,回转体量纲一的侧向位移和偏航角越大。随着初始净距减小,同一量纲一的时刻空泡的限制长度越小,回转体的量纲一的侧向位移和偏航角先增大后减小。小横流作用下,迎流与背流回转体的外侧空泡径向尺寸与单体基本相同,而长度略大,随着横流速度增大,并联入水状态的空泡尺寸差异同单体相比增大;内侧空泡的径向尺寸差异较大,其中迎流回转体的内侧空泡极径较大,且随着横流速度增大极径的最大值始终维持在d+D/2左右。横流速度较小时,并联入水回转体头部靠近而尾部远离;横流速度较大时,两回转体头部远离而尾部靠近。     

孔板空化器内流体空化特性研究

以孔板空化器为研究对象,推导了球形空泡的运动方程;将气液两相质量传输、流体流入与流出控制容积引起的气含率变化考虑在内,推导出孔板空化器内流体气含率变化方程。以空化模型为依据,通过数值模拟以10^-5 s时间步长获得孔板通道100 ms内瞬态空化中气泡分布、压力、速度特性。在孔板通道内建立径向截面利用气相体积流率分布进一步证明流体空化状态的稳定性。通过模拟和实验对两种不同通流截面积孔板结构在不同压差下对空化效果的影响进行验证。结果表明,可以以气相体积流率来衡量空化效果,增加孔板通道的数量比改变孔径更能影响空化效果。     

基于正交实验的壅塞空化器数值试验

影响空化强度的因素较多,如空化器结构形状与参数的不同组合,系统水力参数的不同组合,以及它们之间的相互匹配等。基于正交试验的方法,利用Fluent软件对不同结构参数和水力参数的壅塞空化器进行数值模拟试验,建立在不同参数组合下以壅塞空化器内空隙率和背压力为特征的正交试验评价指标,研究各因素对壅塞空化器空化强度的影响程度。结果表明:影响空化强度的因素从大到小依次是流量Q、背压Pb、入口锥角、壅塞管直径d和长度L,最优壅塞空化的参数组合是流量为2.0 m3/h、背压为70 k Pa、入口锥角为35°、壅塞管直径为10 mm和长度为50 mm。     

回转体微沟槽面湍流边界层流动实验测量

为了揭示具有减阻功能的沟槽面湍流边界层与光滑面湍流边界层流动的差异,结合粒子图像测速技术对流场无干扰及高精度全场测量的技术优势,在拖曳水池中,采用随车式PIV测量系统,开展了水下回转体分别粘贴微沟槽薄膜和光滑薄膜时的壁面湍流边界层流动显示及速度测量试验,对比分析了微沟槽薄膜湍流边界层和光滑薄膜湍流边界层的速度、速度梯度和流线分布图,说明了微沟槽对湍流边界层流动特征的影响规律:微沟槽薄膜有利于保持回转体壁面边界层流动的稳定,能够减少壁面涡的强度和发生频率,并降低近壁面区的速度梯度.     

回转体零件工艺设计中的几何特征辨识

回转体零件工艺设计过程中，零件几何形状特征的辨识是生成加工数据的前提，本文提出了一套较完整的算法，特别在槽轮廓辨识及工件台阶轮廓辨识方面作了详细深入的讨论，并给出了算法流程，为加工数据生成奠定了基础．     

回转体微气泡减阻影响因素理论研究

为了研究影响回转体微气泡减阻率大小的因素,运用Fluent 6.3软件对某回转体微气泡减阻模型进行了数值计算,分析了喷气速度与来流速度的比值、喷气角度、气泡尺度及空隙率分布等因素对减阻率的影响程度和规律,初步揭示了微气泡减阻的机理,研究了饱和喷气量的形成原因.结果表明,微气泡可使回转体局部摩擦阻力减少80%,总阻力减少约30%;微气泡减阻率的高低主要由喷气速度与来流速度之比、近壁面处空隙率的大小及分布所决定,而与喷气角度以及一定范围内的气泡尺度关系不大;喷气流量增大,摩擦阻力下降,粘压阻力增加,当摩擦阻力减少量与粘压阻力增加量相当时,达到饱和气量.在喷气流量未达到饱和值时,总阻力随气流量的增大而减少.     

回转体滑水航行流体动力特性研究

基于STAR-CCM+数值仿真软件,选用SST k-w湍流模型,采用VOF波构建运动体在静水面滑水数值计算模型.通过国外经典文献对构建模型进行校核,数值模拟结果与实验结果吻合性较好,流体动力数值误差均小于5％,在工程误差范围内,模型可用于回转体滑水航行工况的数值模拟计算.对回转体在不同速度、不同淹没深度滑水工况进行数值...     

回转体高速入水载荷的数值计算研究

弹体入水是一个涉及流固耦合和多相流的复杂问题.文中以Star-CCM+软件为平台,选用忽略尾翼的回转弹体几何模型,采用重叠网格技术进行网格划分,使用VOF模型捕捉气液交界面,Schnerr-Sauer模型描述弹体周围的空化过程.在弹体垂直入水条件下,对其速度变化的影响进行研究,讨论不同速度下弹体入水过程的差异及其载荷变化规律,发现速度是入水载荷的关键影响因素;对弹体倾斜入水进行仿真,考虑不同入水角度的变化,根据仿真数值计算结果对弹身整体的载荷变化规律进行分析,并将弹身分为多个部分,讨论其各部分载荷存在的差异,发现弹体入水载荷随入水角度减小而明显减小.     

壅塞空化器羟自由基产量试验研究

针对空泡溃灭瞬间产生羟自由基和氢基,而羟自由基具有强氧化性,能够与难降解有机物分子发生反应的问题,探讨了羟自由基的产量与壅塞空化器的空化强度的关系。以壅塞空化器作为空化发生元件,亚甲基蓝作为自由基捕捉剂,采用可见分光光度计检测反应前后MB(methylene blue)质量浓度的变化量,间接获得羟自由基的产量,探讨了MB初始质量浓度、背压孔当量直径和反应时间对羟自由基产量的影响。试验结果表明:背压孔当量直径为5.4 mm,亚甲基蓝溶液的初始质量浓度为12 mg/L时,自由基产量最高。     

双圆盘空化器射弹通气超空泡形态特性实验研究

基于空泡截面独立扩张原理,提出了一种应用于水下射弹的双圆盘空化器。并在高速循环水洞中对此系列双圆盘空化器的空泡生成特性和形态特性进行实验研究。实验通过改变通气流量系数,观察了不同锥顶角下的通气超空泡形态。实验表明,此系列双圆盘空化器诱导生成的通气超空泡存在前盘优先和后盘优先2种空化状态,二者的过渡发生在锥顶角55°附近;生成稳定通气超空泡的临界通气流量系数值与锥顶角呈正相关趋势,前盘和后盘对空泡生成具有相互抑制作用;且通气超空泡的形态特征量不随通气流量系数增加而持续增加,而是存在一个通气流量系数上限值。