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。

超空泡流体动力学研究进展

简要介绍了超空泡武器的种类和用途、国外超空泡武器的发展概况,详细介绍了超空泡武器研制涉及的主要水动力学问题及国外的研究进展情况。这些问题包括超空泡的生成、发展及稳定性,超空泡航行体的水动力特性和航行体的水弹道等。指出了该领域的一些有待进一步解决的水动力学问题。

回转体空泡流特性研究

利用CFD商业软件Fluent6.0中的基于Rayleigh Plesset方程的单一介质可变密度混合模型进行了回转体空泡流特性研究。首先采用二维轴对称求解器进行了不同头体的空泡几何特性研究,及局部空泡阻力特性分析,探索了空泡减阻的机理。然后采用三维求解器进行了非零攻角空泡流及超空泡数值模拟。给出了较易产生空泡的头型,与实验结果符合得较好;得到了零攻角和非零攻角情况下的双空泡及超空泡形态。

轴对称体空泡流的噪声特性与空泡界面瞬态特征

在空泡流发展的各个阶段 ,空泡呈现各种不同的流动特性和界面特征 ,且空泡流噪声与其界面的流动特征具有强烈的相关性 .本试验通过对半球头和 45°锥头轴对称体空泡流噪声测量和观察 ,运用总声级分析了空泡流发展各阶段的噪声特性 ,并与高速摄影记录的相应空泡界面特征进行比较后发现 ,空泡界面瞬态特征的演化将导致空泡流噪声总声级随空泡数演化趋势的变化 。

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．

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．

轴对称物体空泡流动的数值计算

基于势流理论和边界元方法,对水下运动的回转体的空泡流进行了数值模拟.将半经验空泡封闭模型由平面流动推广至轴对称流动.对头部为圆锥的圆柱体空泡流动进行了数值计算.分析了空化数、半锥角、空泡长度间的关系.计算与实验结果符合较好.

空泡流非稳态现象的流动控制

处于跨临界阶段的空泡流必然导致强烈的周期性冲击和振动．空泡流的激振来源于空泡云的周期性大规模脱落．空泡云的形成和发展与流动的边界层效应有着强烈的相关性，且空泡末端的局部流动直接影响空泡流的整体稳定性．本试验在ＮＡＣＡ１６０１２水翼表面粘附一条展向１ｍｍ厚１０ｍｍ宽的挡流条，尝试以干扰水翼上表面局部流动的方法来影响整个空泡流的形态及其流动稳定性，最终在一定的空泡数范围内抑制了空泡流激振现象，并从试验研究的角度探索了空泡云脱落的机理．

水下高速射弹超空泡流特性分析

基于Rayleigh-Plesset方程的单一介质可变密度混合模型,建立了水下高速射弹自然空化流动的多相流模型,通过商业软件Fluent自定义函数将边界条件中的来流速度改写为时间函数并嵌入到软件中,分析了射弹在水下高速运动过程中超空泡几何形态的变化规律及其阻力特性,仿真结果表明:超空泡的相对长度、相对直径以及长细比随空化数增加而减小;超空泡的长细比越大,射弹的阻力系数越小;随着射弹速度衰减,射弹总阻力系数增大。

粘性流中二维水翼局部空泡流的数值模拟

基于粘流理论研究了二维水翼的局部空化。数值计算从完整的N-S方程出发,采用k-ε两方程湍流模型封闭Reynolds方程,作为基本控制方程,空泡流采用Rayleigh plessetmodel模型,计算了0°攻角时,不同航速对水翼局部空泡流的影响,同时也分析了水翼的绕流场,并把计算结果与已发表的试验结论做了比较。结果表明,本文的计算方法具有较好的计算精度。

小攻角下水下高速航行体超空泡流特性研究

为研究小攻角下水下高速航行体超空泡形态及水动力特性,利用商业CFD软件Fluent6.2,对小攻角下高速航行体超空泡流进行数值模拟,分析了空化数、攻角对水下高速航行体空泡形态以及水动力特性的影响规律。研究表明,攻角为能够明显改变空泡形态的轴对称性;攻角越大,航行体的阻力系数也增大,不利于超空泡的减阻,甚至会导致航行体的失稳。研究结果将为开展水下高速航行体超空泡实验研究提供理论参考。

二维水翼非定常空泡流数值模拟

对非稳态空泡流现象的研究已成为当今一个研究重点。空泡非稳态脱落及其内部流动结构越来越受到研究人员的关注,但对其研究目前仍主要依靠实验手段。发展有效的数值模拟方法研究相关的机理具有重要的意义。本文从RANS方程入手,采用状态方程空化模型和计及可压缩性的SIMPLEC算法,实现了二维水翼CAV2003非定常空泡流动的数值模拟。研究了空泡从初生、发展、断裂,以及最终空泡在下游高压区溃灭的整个过程。计算表明,回射流并非完全液相的,而是汽液两相的。近壁面的回射流是导致空泡脱落的主要原因。最后,通过与第五届国际空泡会议上发表的7篇文献的对比,发现本文的计算结果是合理的。

水下垂直发射航行体空泡流动研究

水下垂直发射航行体是工程研制的重要对象之一,水下垂直发射技术是航行体研究的核心与关键。动基座发射与跨介质飞行是水下垂直发射的两个突出特点,特别是在一定条件下出现的空泡现象使得水下垂直发射物理现象异常复杂。鉴于此,系统梳理了水下垂直发射需要关注的问题,介绍了水下垂直发射航行体空泡流研究的主要技术途径和研究手段,探讨了未来的主要发展趋势。

轴对称体的局部空泡流研究

在流体为无粘不可压和流动有势的假定下 ,研究了轴对称体的定常局部空泡流 .空泡尾流采用压力恢复模型 ,应用高阶有限元离散的边界积分方程方法 ,求解给定空泡数下的解 .探讨了空泡形状与空泡数的关系 ,以及尾流模型参数对结果的影响 .

单流体变特性模型的定常局部空泡流数值模拟

采用单流体变特性模型 ,应用基于有限体积法的压力修正法 ( SIMPLE方法 )对二维MACA0 0 1 2翼型的定常局部空泡流问题进行了数值模拟 .通过强隐式求解方法 ( SIP方法 )求解联立方程组 ,由计算得到的密度变化确定空泡形状 ,以验证所用数学模型和数值模拟方法的可行性 .该方法避免了势流模型中存在的困难 。

基于FLUENT的适配器空泡流水动特性仿真

基于FLUENT软件,针对适配器空泡流的水洞实验展开建模仿真研究,建立了适配器和弹体缩比模型;对2种工况下一定张角的适配器空泡流水动特性进行了数值模拟;对结果进行了分析并与水洞实验进行了比较。结果验证了空泡理论同时为适配器空泡流水动特性仿真以及结构设计提供借鉴和参考。

水中超高速射弹可压缩空泡流研究进展

综述了国内外水中超高速可压缩空泡流理论、数值和试验研究的进展。分析了基于势流理论的水中亚音速、跨音速及超音速空泡流的空泡形状及空化阻力计算方法。详述了水中超高速的水、蒸汽、空气多相混合可压缩流数值计算方法及需要解决的关键问题。介绍了水中亚音速、跨音速及超音速试验的研究方法、研究成果及研究趋势。

射弹尾翼数对超空泡流特性的影响

为研究尾翼数对超空泡的影响规律,采用ANSYS CFD软件,通过Schnerr-Sauer空化模型对带有不同尾翼数水下高速射弹的超空泡流特性进行了三维的数值模拟研究,分析了尾翼数的不同对超空泡形成和发展的影响以及不同尾翼数下射弹的阻力系数。结果表明:无尾翼与有尾翼射弹超空泡的发展过程基本相同,但由于尾翼的存在,使得尾翼后面的超空泡表面粗糙,同时会对超空泡的形状造成一定的扰动,使其形状发生相应的凹凸变化,且尾翼数越多,扰动会越明显;随着射弹尾翼数的增加,超空泡的无量纲直径、长度会呈现逐渐增大的趋势,且在未形成完整超空泡前,射弹阻力系数正比于射弹尾翼数。将Logvinovich超空泡截面独立膨胀原理的结果与数值模拟结果进行比较,发现Logvinovich半经验公式计算结果和数值模拟结果相吻合。

锥头航行体高速斜入水的空泡流动特性数值研究

数值研究弹体高速斜入水过程,考察空泡、流体动力特性和运动稳定性的变化规律。数值模型采用基于Realizable k-ε湍流模型的雷诺平均方法(RANS),并与模型试验结果进行对比,验证了该数值模型的精度。基于该方法模拟不同倾角下锥头弹体高速斜入水过程,考察弹体入水从初始撞击、开空泡的形成与发展、颈缩、表面闭合和溃灭等多个阶段。研究表明:空泡表面闭合时间随倾角的增大而提前;在撞击水面瞬间,弹体表面承受巨大砰击载荷,在弹头形成局部高压,其峰值随倾角的增大而增大。随着入水倾角增大,弹体偏转角和横向位移减小,具有更好的弹道稳定性。

湍流模型对空泡形态影响的数值研究

为研究湍流模型对空泡尾部气体泄漏方式和空泡外形的影响，基于FLUENT6．2的VOF多相流模型，对考虑重力作用下的三维通气空泡流进行了数值计算，比较了大涡模拟LES和RNGk-ε两种湍流模型下的空泡形态和模型表面压力系数分布。结果显示，RNGk-ε模型计算的空泡内压力较大，空泡长度更长，而LES的瞬态计算结果更符合通气空泡的特性，相对而言更适用于通气空泡流的模拟。