基于CFD的主压载水舱吹除仿真与试验验证

采用CFD方法对压缩空气吹除主压载水舱过程进行仿真,同时开展水舱吹除等比模型试验,验证了两种湍流模型的预报准确性。在此基础上,着重研究水舱气液两相流动过程以及舱内气体压力动态变化特性,分析气源压力、通海孔面积对吹除的影响。研究发现:两种湍流模型均可以较好地预测水舱吹除过程,其中,Realizable k-ε模型对气瓶气体压力的预测与试验吻合更好;SST k-ω模型对于水舱中气体压力的预测与试验相对较为接近。通海孔面积增加可以显著减弱水舱气体积压,在气源压力为2.16 MPa、5.04 MPa和8.16 MPa时,通海孔面积增大5.14倍,试验测得的水舱峰压分别减少51.13%、59.90%和64.82%,仿真得到的水舱峰压分别减少50.44%、57.30%和60.02%。在吹除后期,有压缩空气从通海孔溢出,舱内气体压力迅速下降,可以此作为解除吹除的判据。

高压气底吹进气吹除主压载水舱过程分析

采用直接求解流动控制方程的CFD方法对高压气底吹进气吹除主压载水舱过程进行分析。获取吹除过程关键参数,着重分析通海孔面积、气源压力对吹除过程的影响,探索高压吹除过程一般性规律。底吹进气高压气出流方向与通海孔水流方向相反,高压气由通海孔泄漏较少;通海孔面积越大,气源压力越高,吹除用时越短;通海孔面积的增加可以有效减少吹除过程中的高压气消耗,对降低主压载水舱内的压升也有显著作用,通海孔面积增大2倍,3种工况下主压载水舱内的最大压升分别减小0.01 MPa,0.10 MPa和0.15 MPa;吹除过程中高压吹除管路出口气流速度可达1Ma以上,管路出口段的温降也明显大于管路入口段,应将不耐低温的阀门和仪表布置在管路入口段附近。

基于短吹模型的主压载水舱吹除仿真与实验验证

[目的]为了研究潜艇主压载水舱的吹除排水性能,开展基于短路吹除模型的吹除仿真与实验。[方法]首先,修正短路吹除数理模型,以模拟气瓶放气过程和水舱排水过程;然后,开展压缩空气吹除主压载水舱等比例模型实验,分析气源体积、气源压力和通海孔面积对吹除效果的影响;最后,通过与实验结果的对比,验证修正的数理模型对水舱吹除过程的预报准确性。[结果]研究发现:修正的模型在低压力、小通径工况下的预报准确性较高,当气源压力小于15 MPa时,水舱峰压预报相对误差在15%以内;不同通海孔通径下主压载水舱内气体峰值压力的出现时间有所不同,小通径工况下的舱内气体峰值压力出现在压缩空气刚进入水舱时,而大通径工况下则为积压解除之前;当舱内积压解除之后,舱内气体压力大幅下降,可将其作为解除吹除的判据。[结论]研究成果可为实际工程应用中的主压载水舱吹除操作提供参考。