本文關(guān)鍵詞：人工超空泡通氣規(guī)律及形態(tài)研究

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【摘要】：人工超空泡技術(shù)是指利用空化的原理通過通氣的方式在航行體周圍生成能使其完全被包裹住的空泡，是水下航行體減阻增速的重要途徑之一。人工超空泡技術(shù)中的一個核心問題是空泡形態(tài)控制問題。為了維持航行體穩(wěn)定航行所需的空泡尺度，必須要確定能夠與尾部泄氣量相匹配的供氣量，并連續(xù)地向空泡內(nèi)通氣。通氣量的大小對空泡形態(tài)有重要影響，過小則無法形成超空泡，過大則空泡會不穩(wěn)定。通氣參數(shù)的確定又是空泡形態(tài)控制問題的核心。 由于超空泡理論涉及到多相流、湍流、可壓縮性等復(fù)雜流動機制，至今對超空泡的泄氣機理也未完全搞清�？梢哉f對通氣超空泡通氣規(guī)律的研究還很不充分，許多通氣量計算也都是基于經(jīng)驗公式，缺少堅實的理論基礎(chǔ)。許多通氣量的理論預(yù)測值往往與試驗測量值相差很大，實驗數(shù)據(jù)也相當分散�；谶@樣的現(xiàn)狀，當前急需對通氣規(guī)律進行深入且系統(tǒng)的研究。 本文采用理論分析、數(shù)值模擬與試驗研究相結(jié)合的方法，對人工通氣超空泡技術(shù)中的通氣規(guī)律問題展開研究。主要包括以下內(nèi)容： （1）討論了不同條件下的超空泡泄氣模式，對比了回射流泄氣模式下兩種通氣率計算公式的差異。在Spurk提出的人工超空泡氣體損失理論的基礎(chǔ)上，考慮空泡內(nèi)的氣體流動，建立了新的通氣超空泡泄氣模型，探討了層流和湍流兩種條件下的通氣率隨空化數(shù)的變化規(guī)律。 （2）基于Reynolds平均的N-S方程，采用VOF多相流模型，并耦合自然空化模型，針對繞圓盤通氣超空泡問題進行了數(shù)值模擬。探究了不同湍流模型對計算結(jié)果的影響，驗證了空泡壁面對通氣超空泡泄氣的重要影響，，得到了不同條件下空泡內(nèi)部的流場壓力及速度分布。針對重力場影響下的通氣空泡進行模擬，分析重力對空泡形態(tài)的影響，對雙渦管泄氣模式和回射流泄氣模式的判據(jù)進行了驗證。 （3）基于數(shù)值模擬的結(jié)果，在細長體理論的基礎(chǔ)上，考慮空泡內(nèi)的氣體流動及軸向壓力變化，建立了更符合物理規(guī)律的空泡內(nèi)氣體流動模型，從理論上推導了通氣率對空泡形態(tài)影響的關(guān)系式，分析了不同參數(shù)條件下的空泡形態(tài)變化規(guī)律。 （4）采用前述的數(shù)值計算模型模擬了超空泡航行體的通氣規(guī)律問題，得到了有航行體條件下的超空泡流場壓力及速度分布，分析了不同通氣率下的空泡形態(tài)，探討了自然空化數(shù)和雷諾數(shù)對通氣率的影響，提出了考慮自然空化影響的通氣系數(shù)快速計算公式。 （5）基于本文的研究目標與現(xiàn)有的試驗條件，對人工通氣超空泡通氣規(guī)律問題展開試驗研究。在高速水洞中通過改變來流水速、通氣量以及空化器直徑等參數(shù)進行了一系列的試驗，研究了不同條件下的空泡形態(tài)變化規(guī)律，得到了不同參數(shù)尤其是通氣率對空泡形態(tài)的影響關(guān)系，并與之前的理論進行了對比驗證。
【關(guān)鍵詞】：超空泡 通氣規(guī)律 邊界層 空泡形態(tài) VOF
【學位授予單位】：中國艦船研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U661.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目次8-11
• 符號表11-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 研究的背景和意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究進展綜述14-19
• 1.2.1 超空泡技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 超空泡形態(tài)研究進展15-17
• 1.2.3 通氣規(guī)律研究進展17-19
• 1.3 論文主要工作內(nèi)容19-21
• 第2章 通氣超空泡泄氣量計算模型21-40
• 2.1 概述21
• 2.2 通氣超空泡泄氣模式21-25
• 2.2.1 雙渦管泄氣模式22-24
• 2.2.2 回射流泄氣模式24-25
• 2.3 Spurk 泄氣模型25-27
• 2.4 無重力條件下修正泄氣模型的建立27-30
• 2.5 通氣系數(shù)的計算30-36
• 2.5.1 空泡形態(tài)計算31
• 2.5.2 層流情形31-33
• 2.5.3 湍流情形33-35
• 2.5.4 空泡內(nèi)氣體流速確定35-36
• 2.6 計算結(jié)果分析與討論36-39
• 2.6.1 層流情形36-38
• 2.6.2 湍流情形38-39
• 2.7 小結(jié)39-40
• 第3章 繞圓盤通氣超空泡的數(shù)值模擬40-58
• 3.1 概述40
• 3.2 數(shù)學模型和計算方法40-43
• 3.2.1 多相流模型40
• 3.2.2 控制方程40-41
• 3.2.3 空化模型41
• 3.2.4 湍流模型41-42
• 3.2.5 數(shù)值計算方法42-43
• 3.3 軸對稱通氣空泡流動研究43-53
• 3.3.1 模型和邊界條件43
• 3.3.2 湍流模型對計算結(jié)果的影響43-45
• 3.3.3 空泡內(nèi)流場壓力及速度分布45-47
• 3.3.4 不同通氣率下的空泡形態(tài)47-48
• 3.3.5 空泡內(nèi)部氣體流動分析48-53
• 3.4 三維通氣空泡流動研究53-56
• 3.5 小結(jié)56-58
• 第4章 氣體流量率對超空泡形態(tài)影響研究58-69
• 4.1 基于細長體理論的空泡形態(tài)計算58-60
• 4.2 空泡內(nèi)氣體流動模型60-63
• 4.3 計算結(jié)果與分析63-68
• 4.3.1 不通氣條件下的空泡形態(tài)63-65
• 4.3.2 不同通氣條件下的空泡形態(tài)65-68
• 4.4 小結(jié)68-69
• 第5章 超空泡航行體通氣規(guī)律研究69-80
• 5.1 概述69
• 5.2 計算網(wǎng)格與邊界條件69
• 5.3 試驗對比驗證69-71
• 5.4 通氣超空泡流場分析71-72
• 5.5 通氣率對空泡形態(tài)的影響72-73
• 5.6 自然空化數(shù)對通氣系數(shù)的影響73-74
• 5.7 雷諾數(shù)對通氣系數(shù)的影響74-75
• 5.8 加速過程中的空泡形態(tài)變化規(guī)律75-77
• 5.9 通氣系數(shù)經(jīng)驗公式的修正77-78
• 5.10 小結(jié)78-80
• 第6章 超空泡航行體通氣超空泡試驗研究80-89
• 6.1 試驗設(shè)備與模型80-82
• 6.2 試驗內(nèi)容及結(jié)果分析82-88
• 6.2.1 通氣量對空泡形態(tài)的影響82-86
• 6.2.2 空泡內(nèi)軸向壓力變化86
• 6.2.3 理論與試驗的對比及分析86-88
• 6.3 小結(jié)88-89
• 第7章 總結(jié)與展望89-91
• 參考文獻91-95
• 致謝95-96
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文96

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 顏開;褚學森;許晟;馮光;;超空泡流體動力學研究進展[J];船舶力學;2006年04期

2 姜百匯;馬春勛;劉樂華;;國外超空泡技術(shù)及其應(yīng)用[J];飛航導彈;2008年11期

3 劉佳;劉樂華;侯曉艷;;德國超空泡水下導彈技術(shù)的發(fā)展[J];飛航導彈;2009年10期

4 金大橋;王聰;余鋒;;水下超空泡射彈研究綜述[J];飛航導彈;2010年07期

5 王海斌;王聰;魏英杰;于開平;張嘉鐘;賈力平;;軸對稱航行體通氣超空泡的特性實驗研究[J];工程力學;2007年02期

6 張學偉;張嘉鐘;王聰;魏英杰;于開平;隗喜斌;;通氣超空泡形態(tài)及其穩(wěn)定性實驗研究[J];哈爾濱工程大學學報;2007年04期

7 袁緒龍,張宇文,王育才,鄧飛,陳偉政,黨建軍;水下航行體通氣超空泡非對稱性研究[J];力學學報;2004年02期

8 楊武剛;楊振才;溫凱歌;李三財;張宇文;;超空化航行體氣體流量率的確定方法研究[J];力學學報;2012年04期

9 胡勇;陳鑫;魯傳敬;潘展程;郭建紅;;水下航行體尾噴燃氣與通氣超空泡相互作用的研究[J];水動力學研究與進展A輯;2008年04期

10 陳偉政,張宇文,袁緒龍,鄧飛;重力場對軸對稱體穩(wěn)定空泡形態(tài)影響的實驗研究[J];西北工業(yè)大學學報;2004年03期

本文編號：969712