绕平头回转体非定常空化流体动力特性研究

采用高速全流场显示技术和动态应变式测力系统实验研究了绕平头回转体的非定常空化流动及其动力特性。实验在闭式水洞中进行,采用高速摄影的方法观察了在不同空化数下绕平头回转体的空穴形态,应用自编软件对图像进行处理获得了空穴尺度随时间的变化,测量了所受到阻力,并对空穴尺度和阻力信号的时域与频域进行了分析,得到了平头回转体阻力在非定常空化阶段的时频特征。结果表明:在各个空化阶段,空穴尺度及其对应的动力特征均呈现明显的非定常特性。在空化数较大时(σ=1.05～1.20),仅在回转体头部后端区域存在不稳定的空泡脉动区域,此时,由阻力系数得到的时频信号呈无规则的波动;当空化数降至0.75以下时,出现了大尺度空穴断裂与空泡团脱落现象,捕捉到了绕平头回转体空泡的非定常周期性脱落过程和典型特征频率。绕回转体阻力系数曲线随着空化数的减小波动幅度不断加大,并且空穴尺度和平头回转体所受阻力主频随之发生改变,特征频率逐渐显现,并且形态特征频率与动力特征频率存在高度的相关性。

小攻角水翼空泡流瞬态与周期现象试验

对ＮＡＣＡ１６０１２水翼在２°攻角下的空泡流特性进行了研究，在空泡流处于由稳态向周期低频脉动过渡和发展的过程中，通过噪声与低频振动的频谱分析，发现在特定的临界空泡数范围内，空泡流态不再保持稳定，而出现由某一个特征频率所表征的周期或准周期剧烈非线性低频脉动，脉动频率随速度的增加而略有增长．根据空泡噪声频带总声级随空泡数变化的特征，可以判断跨空泡流发生的范围．

温度梯度环境中潜艇尾流热特征的试验研究

改进了用于实验室热尾流测量的温度测量系统,提高了系统的集成度和抗干扰能力。在水槽中实验研究了螺旋桨推进潜艇模型在有、无温度分层流体中尾流的热特征,得到两种条件下尾流的温度分布和信号衰减规律,分析了两种尾流信号的形成机理及其影响因素,表明在温度分层环境中'冷尾流'信号对探测和识别水下航行的潜艇更为有利,所得结果可为红外反潜和潜艇红外隐身提供更加切合实际的理论支撑。

高压除鳞喷嘴内部流场数值模拟与仿真分析

针对目前工厂广泛使用的高压除鳞喷嘴,应用前处理软件Gambit建立其内部流场的三维模型,采用Fluent软件提供的Laminar层流模型对不同结构参数的喷嘴内部不可压缩、稳态、层流流场进行了数值模拟,并分析了各参数对其流场速度分布、压力分布和出口轴心速度的影响。仿真值与理论计算值十分接近,数值模拟结果表明,喷嘴收缩角和直径对其内部流场影响较大,而扩张角对其内部流场影响相对较小,但各参数都存在最优值,且各参数之间也存在着最优搭配使射流打击效果最好。

二维空泡流的脉动性态研究

采用高速摄影技术对定常来流中ＮＡＣＡ４４１２翼的不稳定的空泡流形态特征进行了水洞试验研究．试验结果揭示了由于空泡形态断裂而产生的低频脉动现象．这一现象在跨空泡流（Ｔｒａｎｓ－ｃａｖｉｔａｔｉｎｇｆｌｏｗ）情况下尤为明显，常使空泡长度和厚度在大幅范围内拟周期地变动，其频率特性比较稳定。

三维小空化数空泡流数值方法

采用均质平衡流空泡模型，引入基于求解液体质量份数输运方程的空泡流模型，提出新的压力密度耦合的压缩性方法和控制气液两相转换的源项，求解汽水混合介质的RANS方程和带低雷诺数修正的kε模型，实现了小空化数（σ=0．2～0．01）下水下航行体的空泡流数值模拟．得到清晰的空泡形态特征与内部结构，以及空泡长度和最大直径随空化数的变化规律，给出航行体运动阻力系数与空化数之间的变化关系．将计算结果与解析结果及实验数据进行比较表明，该方法保证了极小空化数下自然空泡流计算的稳定性与收敛性，提高了空泡形态特性的预报精度．

平头物体三维带空泡入水的数值模拟

本文用时间步进法和边界积分方程方法数值求解平头物体的垂直及斜向入水过程,这是一个在非线性自由面条件下,物体与流体有耦合作用,三维、非定常、理想不可压流体的运动问题,自由面用Lagrangian参数描述,物面用固结在物体上的Eulerian坐标描述,数值计算上提出了物面动力学条件(流-固耦合运动方程)和自由面动力学条件的二阶精度的时间差分隐格式,最后给出若干入水情况的详细计算结果。

微气泡降低平板阻力的研究

本文根据计算结果,研究了边界层中的微气泡对平板表面摩擦阻力的影响。建立了含有微气泡的平板边界层方程,并采用一种简单的混合长度模型和有限差分方法对该方程进行了数值计算。分析和讨论了某些参数变化对微气泡降阻的影响。计算结果表明,在一定条件下,湍流边界层的表面摩擦阻力可降低60％左右,其数量级和趋势与国外实验结果相比大体上一致。另外,本文对微气泡降阻机理提出了自己看法。

空化初生的热力学影响研究

从非平衡态热力学理论出发，建立了有相变发生时球形气核与围流液体之间能量流和物质流的方程式．在此基础上，确定了自由气核空化初生的条件，并结合气泡动力学对此进行了深入的讨论。

小攻角下轴对称细长体的充气肩空泡试验研究

在减压水洞中进行的空泡试验研究受到各种条件因素的制约，充气空泡的研究是对减压水洞试验的一个很好补充。本文在小型重力式水洞中对轴对称细长体的充气空泡的特征、形态、底压力和水动力等作了尝试性研究。部分结果和自然空泡的测量结果及有关计算结果作了比较，得到了有益的结论。

空泡溃灭冲击波对流场携带颗粒的作用

讨论了无限大水域中考虑液体压缩性影响下空泡溃灭冲击波对固体颗粒的作用，求得了固体颗粒所获得的最大速度．当满足一定条件时，固体颗粒运动速度值之高足以打坏现有水工建筑物所用的混凝土，引起固壁的大面积剥落，形成空蚀、冲击和磨蚀的恶性循环．

减速运动活塞表面空化的可视化研究

通过实验研究了液体中作减速运动活塞表面的游移空化现象以及不同液体和不同导管长度对空化的影响，基于数字图象处理方法，对空化随时间发展进行了描述并对活塞表面空化原因及有关现象进行了分析。

水中空气含量对旋涡空化的影响

本文在分析旋涡运动及旋涡空化特点的基础上,运用数值方法研究了水中空气含量对空泡形成的影响。指出空气含量不仅对旋涡空化的初生有影响,而且影响到旋涡空化的类型。数值结果与实验进行了比较,结论相当地一致。

乳化空气泡示踪粒子在PIV测速中的应用

把表面活性剂加入水流中形成的乳化空气泡,作为PIV流场显示的示踪粒子,并对套筒间的旋转环流场进行了PIV测量。流场定量实测结果令人满意。这亦表明乳化空气泡是一种品质较高且经济适用的PIV水流示踪粒子。

气核尺度对空化现象的影响

本文计算了不同尺度的气核对空化现象的影响.结果表明,不同尺度的气核具有不同的空化起始条件及不同的发育和溃灭过程.在计算、模拟空化现象时应当考虑到这一因素.

水力旋流器内空气核形成过程研究

利用高速摄像技术对空气核的形成、发展和稳定过程进行了测试,以期为全面了解旋流器内流场特性及分离特性提供依据,也为进一步深入研究旋流器分离机理和优化结构设计提供试验依据。结果表明,旋流器内空气核在形成过程中,当锥角小时,底流口处出现消失现象,消失长度与进口流量有关;在贯通过程中,空气从溢流口被吸入,贯通后又从底流口被吸入;空气核尺寸、形状以及弯曲、扭曲的严重程度受旋流器锥角和操作参数的影响较大。为了减小空气核对流场和颗粒分离的影响,旋流器结构与操作参数之间应有一相匹配的最佳操作参数。

空泡及分离尾流对细长回转体附加质量影响的试验研究

带空泡航行体的附加质量是个国际上还没有解决的问题。为了预测细长体在带空泡航行时的水下轨迹，工程上必须解决空泡对附加质量λ22的影响这一实际工程问题。为此，本文针对三种不同模型进行了带空泡航行时的附加质量的试验研究。试验是用振动水翼机构在中国船舶科学研究中心03A空泡水筒上实现的，采用与平面运动机构相类似的数据处理方法分离出模型作横荡运动时的附加质显和位置导数。变化水筒中的水速或空泡数，可得到附加质量和位置导数随水速或空泡数的变化关系。试验结果表明：钝尾型物体的λ22在有水速无空泡状态下比在无水速状态下有明显的降低，而流线型较好的物体则差别不明显。空泡（肩空泡或尾空泡）的存在导致λ22的明显降低，在本次试验的空泡数范围内，λ22随空泡数的降低基本呈降低的趋势。本文的结果首次揭示了轴对称体轴向空泡的存在对横向附加质量的影响，同时试验结果也向人们提出了如何解释空泡的存在会减小λ22这一理论问题，因此具有较大的学术意义。

用等效参数法研究含球形空腔弹性体的吸声性能

复合弹性材料已广泛应用于水声吸声材料中。本文研究的对象是含有球形空气空腔、以均匀粘弹性介质为基材的复合吸声结构。文中以散射理论和可变形粘弹性介质力学的基本理论为基础，建立了该复合结构的物理模型，引入了等效参数的概念来研究它的声学特性，并且分析了结构参数对其声学性能的影响。

对液体空化机理的进一步探讨

针对当前液体空化机理的各种假设所存在的缺陷，应用热力学原理，对气泡核子作了进一步探讨，并得出在平面平衡的条件下，液体内部不可能稳定地存在纯蒸汽泡；在亲水性裂隙中气核是不可能稳定存在的；而在憎水性裂隙中气核是可以稳定存在的．还讨论了影响空化产生及发展的一些因素，在考虑固体表面糙度、水中杂质、含气量等因素后，用一个修正的空化数σ′１ 来作为衡量空化能否发生的依据，更为确切．这些论述，对气核假说的理论作了充实和完善．

球泡在固液两相中的溃灭研究

建立了可压缩固液两相流中单球泡泡壁运动的动力学方程。通过数值计算分析了液体可压缩性、固体颗粒粒径及浓度对球泡溃灭特性的影响，定性地解释了在小粒径泥沙条件下发生泥沙磨损和空蚀联合破坏的机理。