基于實(shí)驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法,針對(duì)不同密度比的疏水性球體開(kāi)展了垂直入水空泡形態(tài)及水下流體動(dòng)力特性研究。建立了基于高速攝像法的小型航行體入水實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并進(jìn)行了入水空泡高速錄像觀察�；赩OF方法和動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)建立了考慮表面潤(rùn)濕性的回轉(zhuǎn)體入水?dāng)?shù)值模擬方法。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了數(shù)值方法的準(zhǔn)確性和有效性�；趯�(duì)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值結(jié)果的分析,總結(jié)了疏水性球體的入水空泡及水冠發(fā)展隨密度比與入水沖擊速度的變化規(guī)律,對(duì)比了不同密度比球體在水下空泡夾斷前后的流體動(dòng)力系數(shù)。結(jié)果表明:隨著入水沖擊速度的增加,球體動(dòng)能加大,入水空泡和水冠尺度增大,并從準(zhǔn)靜態(tài)閉合空泡逐漸發(fā)展為深閉合及面閉合空泡,臨界速度隨著密度比的增加而減小。此外,空泡夾斷后會(huì)形成上下兩股高速射流,射流的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)加速了水面及球體附近空泡的潰滅。在流體動(dòng)力特性方面,球體帶空泡航行階段的時(shí)均流體動(dòng)力系數(shù)隨密度比的增加而減小,而隨入水沖擊速度的變化較小,同時(shí)空泡夾斷會(huì)造成流體動(dòng)力較大波動(dòng)。 

【文章來(lái)源】：宇航總體技術(shù). 2019,3(01)

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍ

宇航總體技術(shù)２０１９年１月圖２網(wǎng)格及邊界條件示意圖Ｆｉｇ．２Ｍｅｓｈｆｏｒｔｈｅｗｈｏｌｅｄｏｍａｉｎａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ水冠以及動(dòng)力特性的影響，本文開(kāi)展了不同密度比球體垂直入水實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算。針對(duì)密度比ｍ＊＝７．８６，入水沖擊速度Ｕ０＝５．４０ｍ／ｓ（Ｆｒ＝Ｕ０／（ｇＤ０）０．５＝１０．９）的實(shí)驗(yàn)工況開(kāi)展數(shù)值方法驗(yàn)證研究。圖３展示了數(shù)值計(jì)算球體無(wú)量綱入水深度Ｚ／Ｄ０隨時(shí)間變化結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，以球體底部剛接觸到水面的時(shí)刻為ｔ＝０ｍｓ時(shí)刻，用球心坐標(biāo)表征球體位置。可以觀察到總體上數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，尤其在４０ｍｓ之前，數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果幾乎一致，隨著時(shí)間發(fā)展，數(shù)值結(jié)果略低于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，平均誤差在５％以內(nèi)。圖３中同樣展示了典型時(shí)刻數(shù)值與實(shí)驗(yàn)入水空泡形態(tài)的對(duì)比，可觀察到相同入水時(shí)刻空泡徑向與軸向尺度均與實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合較好。由此可知，本文建立的數(shù)值模擬方法能夠有效預(yù)測(cè)不同密度比球體垂直入水軌跡及空泡形態(tài)，證明了本文建立的數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性與可行性。圖３數(shù)值計(jì)算入水軌跡與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Ｆｉｇ．３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｐｈｅｒｅｄｅｐｔｈｖｓ．ｔｉｍｅｆｏｒｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｅｑｕｅｎｃｅｓｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ３結(jié)果與討論３．１不同密度比球體入水空泡及濺射水冠的發(fā)展規(guī)律基于以上確立的數(shù)值計(jì)算方法，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，開(kāi)展濺射水冠及入水空泡研究。通過(guò)處理實(shí)驗(yàn)拍

宇航總體技術(shù)２０１９年１月圖２網(wǎng)格及邊界條件示意圖Ｆｉｇ．２Ｍｅｓｈｆｏｒｔｈｅｗｈｏｌｅｄｏｍａｉｎａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ水冠以及動(dòng)力特性的影響，本文開(kāi)展了不同密度比球體垂直入水實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算。針對(duì)密度比ｍ＊＝７．８６，入水沖擊速度Ｕ０＝５．４０ｍ／ｓ（Ｆｒ＝Ｕ０／（ｇＤ０）０．５＝１０．９）的實(shí)驗(yàn)工況開(kāi)展數(shù)值方法驗(yàn)證研究。圖３展示了數(shù)值計(jì)算球體無(wú)量綱入水深度Ｚ／Ｄ０隨時(shí)間變化結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，以球體底部剛接觸到水面的時(shí)刻為ｔ＝０ｍｓ時(shí)刻，用球心坐標(biāo)表征球體位置�？梢杂^察到總體上數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，尤其在４０ｍｓ之前，數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果幾乎一致，隨著時(shí)間發(fā)展，數(shù)值結(jié)果略低于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，平均誤差在５％以內(nèi)。圖３中同樣展示了典型時(shí)刻數(shù)值與實(shí)驗(yàn)入水空泡形態(tài)的對(duì)比，可觀察到相同入水時(shí)刻空泡徑向與軸向尺度均與實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合較好。由此可知，本文建立的數(shù)值模擬方法能夠有效預(yù)測(cè)不同密度比球體垂直入水軌跡及空泡形態(tài)，證明了本文建立的數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性與可行性。圖３數(shù)值計(jì)算入水軌跡與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Ｆｉｇ．３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｐｈｅｒｅｄｅｐｔｈｖｓ．ｔｉｍｅｆｏｒｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｅｑｕｅｎｃｅｓｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ３結(jié)果與討論３．１不同密度比球體入水空泡及濺射水冠的發(fā)展規(guī)律基于以上確立的數(shù)值計(jì)算方法，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，開(kāi)展濺射水冠及入水空泡研究。通過(guò)處理實(shí)驗(yàn)拍

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于高速攝像實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放腔體圓柱殼入水空泡流動(dòng)研究[J]. 路中磊,魏英杰,王聰,孫釗.  物理學(xué)報(bào). 2016(01)
[2]不同頭型運(yùn)動(dòng)體高速入水空泡數(shù)值模擬[J]. 馬慶鵬,魏英杰,王聰,趙成功.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(11)
[3]球體撞擊自由液面相關(guān)效應(yīng)的數(shù)值模擬方法研究[J]. 張偉偉,金先龍.  船舶力學(xué). 2014(Z1)

博士論文
[1]高速射彈入水過(guò)程多相流場(chǎng)特性研究[D]. 馬慶鵬.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3098799