环形槽对通气空泡融合的促进作用分析

航行体出水过程中肩部的自然空化将影响航行体的载荷分布及出水姿态,工程上常采用肩部开孔通气的方式改善航行体表面的力学环境,进而解决此类问题.本文针对水下航行体通气空泡周向融合效果不理想问题,基于有限体积法,采用VOF(volume of fluid)多相流模型和动态铺层的动网格技术,数值研究了排气孔下游增加小尺度环形凹槽促进空泡融合的作用机制,以及不同发展阶段、不同工况下环形凹槽对空泡融合的促进作用.结果表明,凹槽可以有效改善通气空泡的融合效果.运动坐标系下来流经过环形凹槽时因为流动膨胀发生了边界层的流动分离,其诱导产生的卷吸作用一方面迟滞了空泡的轴向发展,促进空泡产生周向尺寸更大的剪切涡并沿周向膨胀发展,另一方面将部分通气气体吸入环形凹槽,吸入槽内的气体通过挤压破碎实现了周向融合,且槽内融合气泡溢出下泄促进融合边界上移.此外,凹槽可以通过改善空泡内部的流动状态,使空泡的形态和内部压力在不同工况下都更加稳定.

凹槽参数对通气空泡融合的影响

水下航行体通气技术形成的空泡能够有效降低航行阻力并调节运动姿态,但通气空泡在航行体表面不易融合,空泡形态不稳定,因此开展通气空泡的融合控制具有重要工程应用价值。采用有限体积法进行数值计算,研究了航行体孔后开槽对通气空泡融合的控制作用,并探究了不同凹槽参数对通气空泡融合的影响。研究发现,凹槽改变了空泡的流场特性,槽内产生的旋涡卷吸流经凹槽的气体,使槽内气体向航行体周向发展并融合;当槽宽取0.125D,孔槽间距取0.075D时,对空泡融合的促进以及稳压效果最佳。