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《北京理工大学》 2016年
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水下发射航行体通气空泡流动特性研究

崔震宇  
【摘要】:主动通气是一种广泛、有效的水下流动控制手段,通过在航行体表面设置气孔、开缝等方式向水中通入气体,形成气泡、气层、气腔等多相流结构,可以有效的达到减阻、降载、提高流动稳定性等目的。随着通气量、航行速度、头型等因素的变化,流动形态各不相同,水动压力特性以及对环境条件的敏感度都存在较大差异。本文采用数值模拟方法,以轴对称航行体为研究对象,研究不同通气结构与流动参数对绕航行体通气多相流场的影响。主要研究内容及结论如下:评价了多相流模型和湍流模型在水下发射航行体通气空泡数值计算中的应用。多相流模型对空泡形态影响较大。Level set模型计算结果空泡形态较Mixture模型接近于实验状态。湍流模型对通气空泡断裂脱落影响较大。与标准k-ε模型相比,RNG k-ε模型能模拟出空泡尾部的断裂脱落。基于实验结果的对比,本文选取Level set模型和RNG k-ε模型进行数值计算。获得了通气孔顺排与叉排通气结构对通气空泡流动特性的影响规律。叉排通气结构使空泡内部混合更为均匀,能更好的降低回转体表面压力,但存在较大的闭合高压,产生反向射流。顺排通气结构能推迟空泡断裂脱落的时间,减小航行体轴向和周向压力波动。在侧向流作用下,顺排通气结构能减小航行体迎背水面压力差。获得了环槽结构对通气空泡形成及周向压力波动的影响规律。环槽结构使气体在环槽内部充分混合,流出环槽即形成均匀空泡,能明显降低航行体的周向压力波动。环槽越宽,气体在环槽内部混合越充分,空泡越均匀,使周向压力波动越小。侧向流作用下,环槽结构使空泡能较好的覆盖在航行体表面。获得了通气率对通气空泡流动特性的影响规律。随着通气率的增加,空泡混合更均匀且厚度逐渐增大,空泡内降低航行体表面压力效果增加。但通气率增大导致闭合高压增大,产生反向射流,使空泡长度发展变缓,引起空泡断裂脱落。通气率在一定范围内增大可以降低周向压力波动,但是继续增大时,周向压力波动将会增大。获得了航行体加减速对通气空泡周向发展的影响规律。航行体水下发射时,减速运动时空泡轴向发展速度较慢,有利于通气孔后辫状气泡周向发展,在更短的距离内形成通气空泡,从而减小表面周向压力波动。
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O35

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