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。

基于VOF模型的潜艇主压载水舱吹除特性数值模拟

为准确掌握高压气应急吹除主压载水舱过程中气-水间的相互作用规律,基于RANS方法和VOF两相流模型对实尺度模拟主压载水舱的高压气吹除特性开展了数值仿真研究,分析了入口压力与出口背压分别对入射高压气体质量流量、主压载水舱排水速率以及水舱上部气压分布的影响,揭示了水舱内气水界面的生成与发展规律。仿真结果表明:应急吹除时主压载水舱排水速率呈现先波动后趋于稳定的变化规律,且水舱的内外压差始终在其耐压范围之内。研究结论可为潜艇指挥员紧急情况下果断采取应急吹除或短路吹除措施提供理论依据。

潜艇高压气吹除主压载水舱研究综述

采用高压气吹除主压载水舱是潜艇发生通海管路破损或高速航行尾卡大的下潜舵角时,最有效的挽回控制手段,因此,高压气系统对潜艇的安全航行具有举足轻重的作用。本文综述目前潜艇高压气吹除主压载水舱研究领域的进展情况、存在的问题和下一步应重点突破的方向,对潜艇高压气系统总体设计、高压气系统的合理使用、潜艇高压气吹除挽回控制等方面都具有指导意义。

高压气吹除时机对潜艇应急吹除性能的影响分析

高压气吹除主压载水舱是潜艇水下动力抗沉的重要操纵手段之一。由于在高压气吹除主压载水舱的过程中,高压气不同吹除时机对潜艇的运动形式和姿态没有充分的理论研究和计算,导致在实际的高压气吹除主压载水舱过程中高压气吹除时机具有很大的随意性,严重影响潜艇应急吹除的性能。建立高压气吹除模型,运用计算机对艏部和舯部破损工况进行仿真计算并对结果进行分析,得出高压气吹除时机对潜艇能否够成功挽回起着关键性的作用。

不同主压载水舱状态下的双层圆柱壳冲击响应分析

对潜艇结构冲击响应(压力)的分析可以评价结构的抗冲击能力并为提高结构抗冲击性能提供依据。以双层圆柱壳为基础,建立有限元模型。利用仿真算法计算当双层圆柱壳结构在主压载水舱状态改变时,耐压壳与非耐压壳的压力响应,并对压力响应进行了分析。通过数据分析表明:主压载水舱的状态对潜艇主要结构响应有很大影响,尤其是对耐压壳、非耐压壳的压力响应及冲击波过后结构响应的衰减方式、频率都有明显影响。

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。