文档介绍：硕士学位论文

水下垂向运动超空泡航行体
流场特性数值模拟研究

NUMERICAL SIMULATION ON THE FLOW
FIELD CHARACTERISTICS OF MULTIPHASE
FLOW ABOUT THE VERTICAL MOVEMENT
UNDERWATER SUPERCAVITATING VEHICLE

陈超倩

哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开

工学硕士学位论文

水下垂向运动超空泡航行体
流场特性数值模拟研究

硕士研究生:陈超倩
导师:张嘉钟教授
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:飞行器动力学与控制研究所
答辩日期:2011 年 6 月 24 日
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classifeid index:
.:623

Dissertation for the Master Degree in Eingingeering

NUMERICAL SIMULATION ON THE FLOW FIELD
CHARACTERISTICS OF MULTIPHASE FLOW ABOUT
THE VERTICAL MOVEMENT UNDERWATER
SUPERCAVITATING VEHICLE

Candidate: Chen Chaoqian
Supervisor: Prof. Zhang Jiazhong
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: General Mechanics and
Mechanics Foundations
Affiliation: Spacecraft Dynamics and
Control Institute
Date of Defence: Jnue,
Degree-Conferring-institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
空气拥有远小于水的密度与粘度,这导致物体在水中受到的阻力大约为空
气中的 850 倍,应用超空泡技术能够将包裹航行体的介质由水转变为空气,使
航行体的沾湿面积达到最小,从本质上改变其阻力特性,从而有效减少水下航
行体所受的阻力,极大地提高其航速。若将大尺度垂向运动航行体如自导式水
雷等设计为超空泡航行体的典型结构,使之在水下也具有超高速度必将大幅度
提高其作战效能。本文基于俄罗斯“暴风”超空泡鱼雷,设计了垂向运动航行
体的简化模型,并用 FLUENT 商业软件对其空化及流场特性进行了数值模拟
研究。
本文首先针对空泡流这一复杂流动现象,介绍与之相关的基本控制方程、
湍流模型、空化模型以及空泡流的理论基础等内容。在深入了解理论知识的前
提下,应用 FLUENT 商业软件研究了具有典型超空泡航行体结构的垂向运动
航行体在自然空化及通气空化情况下的空化及流场特性。首先,在自然空化情
况下,改变不同的发射速度、通过改变其压力出口压强值从而改变航行深度,
分别研究发射速度及航行深度对自然空泡形态及流场特性的影响,并在全沾湿
条件下对比了超空泡航行体与普通流线型航行体所受阻力的差别。本文最后则
主要在人工通气的情况下,改变通气孔位置、发射速度、通气率,运用动网格
技术改变航行深度,分别研究以上因素对通气空泡形态及流场特性的影响,并
在不同弗劳德数情况下,研究了重力作用对通气空泡形态的影响。

关键词:垂向运动航行体;空化;通气率;多相流;数值模拟

I
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Air’s density and viscosity are far less than water’s, this led to the drag for
motional rigid body in water is about 850 times larger than that in air. Application