空化器参数对超空泡形成和发展的影响

为了探索超空泡的生成机理和形态变化规律,依据其产生方式,进行了自然超空泡高速射弹试验和通气超空泡水洞试验研究．分析了超空泡的生成过程和空化器参数对形成超空泡的临界空化数和通气系数门限值的影响．研究了超空泡形态尺寸变化的特性,空化器直径和线型对自然和通气超空泡的形态尺寸有相类似的影响规律:超空泡尺寸随着空化器直径的增加而增加;在相同条件下,钝头空化器要比圆锥形空化器更容易形成超空泡;相对较小的直径空化器很难形成透明的通气超空泡,其主要原因是自然空化数没有降到足够低．此外,研究表明空化器直径对通气超空泡的细长比的影响较大,这与对自然超空泡形态的影响不相同．最后,对空化器的未来研究发展进行了展望．

空化器参数对通气超空泡形态影响的实验研究

为了在低速下获取形态可控有效减阻的通气超空泡,利用中速可持续通气空泡水洞开展了空化器参数对通气超空泡形态影响的研究。研究结果表明:空化器直径与通气超空泡的形态密切相关,在相同流场参数条件下,较大直径的空化器易于空化且在较低的通气率下即可形成较大的通气超空泡;通气超空泡的优良率与空化器直径密切相关;不易选取空化器直径与模型后体直径比值Dn/D<0.263的空化器;空化器线形同样也是一个重要的参数,例如,在相同流场参数条件下,平头倒角形空化器比圆锥形空化器形成的超空泡尺寸大,对于圆锥形空化器,锥角越小越不易产生通气超空泡。此外,还将圆盘形空化器超空泡形态的试验结果与理论结果进行了比较,其总的规律是相一致的。

空化器线形与超空泡减阻效果关系研究

利用商业CFD软件Fluent6.0对空化器线形与超空泡形态的关系及其阻力特性进行了数值仿真研究,详细分析了影响超空泡航行体减阻效果的因素和有效控制超空泡形态进行减阻的方法,为优化超空泡形态提供了初步的理论参考依据.仿真与试验结果符合较好.

空化器几何参数对通气超空泡生成影响的实验研究

为了探索通气超空泡的生成机理和获取形态可控有效减阻的超空泡,文章利用中速可持续通气空泡水洞进行了空化器和通气联合生成超空泡的实验研究。详细分析了通气超空泡的生成和发展过程;给出了空化器直径、空化器线形对通气系数门限值和通气超空泡形态的影响。研究表明,在相同条件下,较大直径空化器模型形成通气超空泡需要的通气系数门限值较低,相应的超空泡尺寸也较大;平头倒角形和圆盘形空化器比圆锥形的形成通气超空泡需要的通气系数门限值低,相同条件下前者形成的超空泡尺寸也较后者大;对于圆锥形空化器,锥角较小的不易形成通气超空泡。文中实验研究结果为水下航行体的空化器合理设计提供了重要的参考依据。

通气超空泡研究中的几个问题

根据在水洞中所作的系列通气超空泡试验,以及国内外的大量相关文献,综述和探讨了通气超空泡实验研究中的几个主要问题.主要内容包括通气超空泡试验中的相似准则考虑;重力场对通气超空流的影响规律;通气超空泡的闭合和气体泄漏问题;通气超空泡的不稳定性机理.最后,对通气超空泡的试验研究方向进行了展望.

轴对称航行体通气超空泡的特性实验研究

为了研究超空泡的减阻效果,保证在较低流速下生成超空泡,在水洞中开展了水下航行体通气超空泡的实验研究。采用通气的方法在较低水速下(V=7m/s～15m/s)生成人工通气超空泡,通过改变通气率和弗洛德数,获得了不同条件下通气空泡的长度,给出了不同空泡长度下的模型阻力系数。研究结果表明,来流速度不变时,空泡长度随通气率的增加而增加,阻力系数随空泡长度的增加先递增后递减;重力场造成了空泡形态的严重不对称,通过比较模型上下表面的空泡长度,定量的给出了弗洛德数对通气空泡长度的影响。当Fr>43.74时,重力场对通气空泡长度的影响几乎可以忽略。

加速度对自然超空泡特性影响的数值仿真研究

利用商业CFD软件对小空泡数下的自然超空泡形态和减阻效果进行了数值仿真研究,通过对软件自定义函数的研究,将边界条件中的来流速度改写为时间的函数并嵌入到软件中,得到了非定常情况下加速度对自然超空泡形态和减阻效果的影响规律。当加速度为正值时,在空泡数相同的条件下空泡的厚度和长度都要比定常条件下的值偏小,而加速度为负值时则刚好相反。模型的粘性阻力系数与加速度没有直接的联系,它主要与超空泡的形态和模型壁面上的含汽率有关。最后将加速度为-100m/s2时的仿真结果与实验结果进行了比较,误差最大不超过35%。

空泡形态与典型空化器参数关系的研究——小空泡数下的发展空泡形态

空化器在自然空泡的形成过程中起着很重要的作用,空泡的尺寸与它的头部形状密切相关,因此,研究空化器对于解决空泡问题具有极其重要的意义。为了掌握空泡形态,为工程实际应用提供设计参考依据,本文利用 FLUENT软件对典型空化器引起的自然空化现象进行了深入的数值仿真研究,得到了零攻角小空泡数下空化器几何形状与空泡形态参数之间的经验公式,并将仿真结果与实验进行了对比,二者符合较好。

水下航行体通气超空泡减阻特性实验研究

为了研究超空泡的减阻效果,保证在较低流速下生成超空泡,在水洞中开展了水下航行体通气超空泡的实验研究.采用通气的方法在较低水速下生成人工通气超空泡,通过改变通气率和弗劳德数,获得了不同条件下通气空泡的长度,以及不同空泡长度下的模型阻力系数.研究表明,来流速度不变时,空泡长度随通气率的增加而增加,阻力系数随空泡长度的增加先递增后递减;空化器直径对阻力系数的影响较大,在大弗劳德数条件下,阻力系数会因空化器直径过大而出现随通气量的增加而变大的趋势.利用商用软件对超空泡形态及阻力系数作了数值仿真,并与实验结果作了对比,两者符合较好.

水下航行体通气超空泡的实验研究

为了研究超空泡的减阻效果,保证在较低流速下生成超空泡,在水洞中开展了水下航行体通气超空泡的实验研究。采用通气的方法在较低水速下(V=7-15m/s)生成人工通气超空泡,通过改变通气率和弗洛德数,获得了不同条件下通气空泡的长度,给出了通气空泡长度与通气率及弗洛德数的经验公式。研究表明,来流速度不变时,空泡长度随通气率的增加而增加,空泡长度一定时,通气率随弗洛德数的增加而减少;重力场造成了空泡形态的严重不对称,通过比较相同空化数下自然空泡与通气空泡的长度,定量地给出了弗洛德数对通气空泡长度的影响。当Fr=43.74时,重力场对通气空泡长度的影响几乎可以忽略。

微吹减阻技术影响因素的数值模拟

以NASA格伦中心的PN3和PN23型微孔壁板为原形建立"1排微孔"、"4排微孔"、"8排微孔"和"16排微孔"4种计算模型,针对不同的几何、物理参数进行了微吹技术MBT(Micro-Blowing Technique)降低平板摩擦阻力的数值模拟参数研究.结果显示:微量吹气使主流边界层近壁面流动减速,从而改变了壁面局部摩擦力的分布;不同几何、物理参数对MBT技术减阻能力的影响满足一定的规律.参数研究的结果可为该技术的减阻应用提供一定的指导.

水下潜射航行体片状空化的数值模拟研究

利用商业CFD软件对水下潜射航行体片状空泡的产生和发展进行了数值模拟研究,特别是对片状空泡的回注射流作了深入细致的分析.通过对CFD软件自定义函数的研究,将软件中的空化模型作了修改,利用修改的模型对片状空泡进行了数值模拟.通过修正前、后模型的模拟计算结果与实验结果的比较,后者与实验结果吻合较好.

基于FINE/Marine的跨介质航行器数值模拟

针对自由液面跟踪法无法准确预测跨介质航行器运动特性和水动力特性的问题,采用基于自由液面捕捉法的FINE/Marine软件模拟分析DTMB 5415船模顶浪运动以及DLR-F4飞机模型在水上迫降过程中的流场和水动力特性,其中采用BRICS离散格式进行自由液面运动方程离散.与已有实验结果的比较表明,该模拟方法可很好地预测跨介质航行器的运动特性和水动力特性.