文档介绍：基于两流体模型通气超空泡数值模拟及加速度影响分
析
硕士研究生: 杨明
导师:樊久铭
申请学位: 工学硕士
学科、专业: 一般力学与力学基础
所在单位: 航天工程与力学系
答辩日期: 2010 年 7 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
NUMERICAL SIMULATION ON VENTILATED
SUPERCAVITY BASED ON TWO FLUID MODEL
AND ACCELERATION INFLUENCE ANALYSIS
Candidate: Yang Ming
Supervisor: Fan Jiuming
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: General Mechanics and
Foundation of Mechanics
Affiliation: Department of Aerospace
Engineering and Mechanics,
School of Astronautics
Date of Defence: July,2010
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
摘要
超空泡减阻技术是实现水下航行体高速航行的新原理和新途径,其减阻的
主要原理是利用在航行体表面形成的气层使周围液体与航行体表面相隔离,减
少其沾湿面积,从而大幅度的降低了航行体的粘性阻力。超空泡的理论研究过
去主要是应用势流理论,近十几年出现了应用基于 N-S 方程来处理空泡流研
究。现有的空化模型在自然空化仿真研究中取得了较好的效果,但通气超空泡
的仿真大多采用均质平衡流理论,与实验结果存在较大的偏差。本文采用两流
体模型和动网格技术,考虑了水-气两相间的相互作用及重力效应,对空化器
和超空泡航行提进行了数值仿真研究。具体研究工作如下:
(1)比较了不同湍流模型对通气率的影响,通过数值模拟复现了通气超
空泡在不同通气率条件下的发展过程,对网格进行了无关性验证,分析了
有无水洞洞壁对三维航行体通气超空泡形态和阻力上的影响。
(2)采用两流体模型和 SST 湍流模型,考虑了水-气两相间的相互作用及
重力效应,对有界流场和无界流场中比尺效应对通气超空跑的影响进行研
究,得到了空泡形态和阻力上的规律,并给出了无界流场中的通气率与形
态公式。
(3)通过改变模型的特征长度来改变弗鲁德数的大小,从另一角度观察
了弗鲁德数的变化对空泡上漂的影响。
(4)利用动网格技术,让空化器加速运动,能更好的模拟实际流动中不
同加速度对超空泡的影响,分析了自然空化和通气空化两种情况下不同加
速度对超空泡形态和阻力的影响。
关键词:超空泡;两流体模型;比尺效应;洞壁影响;加速度
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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
Abstract
Supercavitation technology is a new theory and approach which realizes high
speed navigation of water main principle of its reduction drag is using
a layer gas on body wall make the moving body isolated from water to avoid
considerable viscous theoretical studies of cavitation primarily utilize
the potential flow dealing with cavitation modeling through the
computation of the N–S equations have emerged in the last current
cavitation models can reasonably model natural cavity, but the simulation of
ventilated supercavity is used mostly homogeneo