【摘 要】
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由于水下航行体表面液体的汽化或通过充气装置注入不可凝结气体而形成包裹航行体表面的低密度空穴称为空泡。近年来,国内外应用通气空泡原理,达到减阻和突破速度极限的目的,
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由于水下航行体表面液体的汽化或通过充气装置注入不可凝结气体而形成包裹航行体表面的低密度空穴称为空泡。近年来,国内外应用通气空泡原理,达到减阻和突破速度极限的目的,在高速水下兵器的科研方面取得了突破性的进展。但大多研究过程中忽略热力学因素,对通气空泡流的热效应认识不足。就此,本文用数值模拟的方法,研究了热力学因素对通气空泡流流场结构、空泡形态及流体动力特性的影响。 主要工作内容与结论如下: 首先,基于Mixture多相流模型,耦合使用Singhal全空化模型,对不同环境温度下的自然空化进行了数值模拟,得到产生自然空化过程当中由于附带能量的传递导致空泡内温度小幅度的下降;越高的环境温度会抑制自然空化的产生;环境温度变化对阻力系数的影响很小。 然后,在定常两相自然空化计算结果的基础上模拟了不同环境温度下的汽、气、液多相通气空泡流,分析了环境温度对流场、空泡形态及流体动力特性的影响。研究结果表明:随环境温度的上升,空泡尺寸有小范围的增大,阻力系数无明显的变化。 最后,对高温通气空泡流进行了数值模拟,分析了通气量、通入气体温度、来流速度对流场、空泡形态及流体动力的影响。结果显示高温通气空泡尺寸比常温通气空泡要更大;通气量越大,形成的空泡尺寸就越大,阻力系数越小,减租效果更好;随通气温度的升高,通气空泡最大半径和空泡长度均增大,阻力系数相应的减少;来流速度增大时,空泡最大半径增长较缓慢,空泡长度的增长较明显,阻力系数呈现减少的趋势。 本文通过数值模拟分析,获得了热力学因素对通气空泡流影响规律的一些定量和定性的结果,深化了通气空泡的复杂流动机理,为进一步研究提供了一定的理论基础和技术手段。
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