發(fā)布時間：2017-09-16 00:06

  本文關(guān)鍵詞：減阻溶液中軸對稱水下航行體通氣超空泡數(shù)值模擬研究

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【摘要】：空化是指當(dāng)液體內(nèi)局部壓力低于液體飽和蒸汽壓時，在液體內(nèi)部或液固交界面上出現(xiàn)氣泡的產(chǎn)生、成長和潰滅的現(xiàn)象。當(dāng)水下航形體在水中航行時，在航行體頭部會形成低壓區(qū)域，進而發(fā)生空化現(xiàn)象形成局部空泡，通過向空泡通入空氣或其他不凝結(jié)氣體使其進一步長大從而達到超空泡狀態(tài)，這即為通氣超空泡。通氣超空泡的形成使水下航行體的阻力大大降低，在海下軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。添加少量湍流減阻添加劑到水中，既可以減小湍流阻力，又能減小水的表面張力，增強沸騰現(xiàn)象，這都有利于空化的產(chǎn)生。本文將采用數(shù)值模擬的方法來研究湍流減阻添加劑對軸對稱水下航行體通氣超空泡的影響。 首先基于非穩(wěn)態(tài)N-S方程建立了減阻溶液中通氣超空泡流動的數(shù)值計算模型，，采用不同的湍流模型對空化器幾何模型的通氣超空泡流動進行數(shù)值模擬，與已有關(guān)聯(lián)式進行了對比，驗證了該數(shù)值方法的可行性；同時還比較了不同濃度的PAM水溶液和CTAC水溶液的粘度的實驗值和Cross方程的計算值，驗證了Cross粘度方程描述湍流添加劑減阻溶液粘度的準(zhǔn)確性。 其次，對水中和減阻溶液中軸對稱水下航行體通氣超空泡流動進行了數(shù)值模擬研究，分析比較了水中和減阻溶液中的空泡形態(tài)、減阻特性及其空泡形成過程。研究表明：減阻溶液對通氣超空泡的減阻作用主要體現(xiàn)在對摩擦阻力的影響，且主要表現(xiàn)在超空泡尚未完全形成時，在小來流不考慮自然空化時的空氣-水兩相通氣超空泡流動中其最大摩擦減阻率可達50%左右；在大來流下考慮自然空化時水蒸氣-水-空氣三相通氣超空泡流動中其最大摩擦減阻率可達58%左右；此外，在來流速度較大時對壓差阻力也有一定影響。在來流速度較小時，減阻溶液基本不影響其空泡形態(tài)；但隨著來流速度的增大，減阻溶液中水蒸氣空泡尺寸與水中相比有顯著增大且維持時間更長，即減阻溶液有利于自然空化的產(chǎn)生和維持。 最后，提出了一種同時向水中通減阻溶液和空氣的新型通氣超空泡產(chǎn)生方法，即通溶液通氣超空泡，并對其進行了數(shù)值模擬研究，分析了其空泡形態(tài)特性、減阻特性及其空泡形成過程。研究表明：減阻溶液的通入改變了來流流動方向，影響了水下航行體周圍渦結(jié)構(gòu)及壓力的分布，從而改變了空泡的形態(tài)及其分布，對其摩擦阻力及壓差阻力均有影響，與在水中或減阻溶液中只通氣相比阻力系數(shù)均有所減小，即通溶液通氣超空泡具有更好的減阻效果。
【關(guān)鍵詞】：減阻溶液 水下航行體 通氣超空泡 通溶液通氣超空泡 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U661.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 課題來源10
• 1.2 課題研究的背景及意義10-13
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析13-21
• 1.3.1 通氣超空泡技術(shù)研究進展13-18
• 1.3.2 湍流添加劑減阻技術(shù)研究進展18-21
• 1.4 課題的提出21-22
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容22-23
• 第2章 數(shù)值計算方法簡介23-40
• 2.1 引言23
• 2.2 數(shù)學(xué)模型23-28
• 2.2.1 多相流模型23-24
• 2.2.2 空化模型24-25
• 2.2.3 湍流模型25-28
• 2.2.4 Cross 粘度方程28
• 2.3 計算模型28-30
• 2.3.1 軸對稱水下航行體模型28-29
• 2.3.2 空化器模型29-30
• 2.4 數(shù)值計算方法30-31
• 2.4.1 邊界條件的設(shè)置30
• 2.4.2 收斂判據(jù)30-31
• 2.5 超空泡理論簡介31-33
• 2.6 算法可行性及網(wǎng)格無關(guān)性驗證33-38
• 2.6.1 算法可行性驗證33-36
• 2.6.2 網(wǎng)格無關(guān)性驗證36-37
• 2.6.3 Cross 粘度方程準(zhǔn)確性驗證37-38
• 2.7 本章小結(jié)38-40
• 第3章 減阻溶液中通氣超空泡數(shù)值模擬研究40-57
• 3.1 引言40
• 3.2 減阻溶液中兩相通氣超空泡數(shù)值模擬研究40-45
• 3.2.1 水中和減阻溶液中兩相通氣超空泡空泡形態(tài)的比較41-42
• 3.2.2 水中和減阻溶液中兩相通氣超空泡阻力系數(shù)的比較42-45
• 3.3 減阻溶液中三相通氣超空泡數(shù)值模擬研究45-56
• 3.3.1 水中和減阻溶液中三相通氣超空泡空泡形態(tài)的比較45-49
• 3.3.2 水中和減阻溶液中三相通氣超空泡阻力系數(shù)的比較49-52
• 3.3.3 水中和減阻溶液中三相通氣超空泡形成過程分析52-56
• 3.4 本章小結(jié)56-57
• 第4章 水中通溶液通氣超空泡數(shù)值模擬研究57-90
• 4.1 引言57
• 4.2 水中通溶液通氣超空泡數(shù)值模擬方法研究57-64
• 4.2.1 水和減阻溶液之間的互溶性研究57-58
• 4.2.2 通氣方向及通液率對水中通溶液通氣超空泡的影響58-60
• 4.2.3 水中通溶液通氣超空泡基本控制參數(shù)探討60-64
• 4.3 水中三相通溶液通氣超空泡數(shù)值模擬研究64-75
• 4.3.1 水中三相通溶液通氣超空泡空泡形態(tài)分析65-70
• 4.3.2 水中三相通溶液通氣超空泡減阻特性分析70-75
• 4.4 水中四相通溶液通氣超空泡數(shù)值模擬研究75-89
• 4.4.1 水中四相通溶液通氣超空泡空泡形態(tài)分析76-81
• 4.4.2 水中四相通溶液通氣超空泡減阻特性分析81-86
• 4.4.3 水中四相通溶液通氣超空泡形成過程分析86-89
• 4.5 本章小結(jié)89-90
• 結(jié)論90-92
• 參考文獻92-100
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文100-102
• 致謝102

【參考文獻】

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1 郭建紅;復(fù)雜多相空泡流的數(shù)值模擬方法研究[D];上海交通大學(xué);2013年

本文編號：859690