垂直出水超空泡与自由面相互作用时的三维流场实验及数值模拟研究

发布时间：2017-10-11 06:32

  本文关键词：垂直出水超空泡与自由面相互作用时的三维流场实验及数值模拟研究

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【摘要】：超空泡技术的出现使得水下航行体的减阻提速获得了突破性的进展，通过利用超空泡技术能够大幅度的提高航行体的运动速度和射程，是一种革命性的减阻方法，在军事、运输船舶、海上人员急救等方面有着非常重要的应用价值。航行体表面带超空泡出水过程是超空泡流体动力学研究中的一个重要部分，整个过程航行体周围所处的环境在短时间内发生了剧烈的变化，涉及到物体的出水、空泡的流动、多相流以及边界层等理论。本文通过运用实验和数值模拟相结合的方法对航行体出水这一复杂过程进行研究。 通过利用本课题组自行设计研制的一套细长体出水实验装置对不同长径比、不同头部形状、不同局部结构、不同空化器直径、不同空化器长度以及不同尾部结构的细长体展开实验研究，用高速相机记录下细长体表面带超空泡出水的整个过程，并计算出细长体在不同工况下的运动速度、空化数、阻力系数等参数。研究发现在一定的范围内，合适的增大细长体的长径比有利于细长体的水下运动减阻；细长体头部的锥角角度越小，其水下高速运动时越容易发生偏转，，弹道稳定性越差，锥角越大越容易产生超空泡，空化特性越好；细长体具有局部凸起时不利于其水下运动的减阻，具有局部凹槽时对其减阻特性没有太大的影响；合适的增大细长体的空化器直径和长度能够提高其水下的减阻效果；不同尾部结构的细长体中半球形尾部的细长体减阻效果最好。此外，还测量出不同空化数下的超空泡形态轮廓以及尺寸变化的规律，与研究超空泡的先驱提出的半经验公式进行了对比。 限于实验条件及测量误差，在实验研究的基础上利用ANSYS仿真软件对长径比为11、15的细长体分别进行了表面带超空泡出水过程的二维、三维数值研究，并将仿真结果与实验结果进行了比较分析。
【关键词】：垂直出水 水下航行体 超空泡 自由面
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1、本课题的研究背景及意义9-10
• 1.2、国内外相关内容的研究进展10-14
• 1.2.1 国外超空泡技术研究进展10-12
• 1.2.2 国内超空泡技术研究进展12-14
• 1.3、本论文的主要研究内容14-16
• 第二章 超空泡航行体出水相关原理分析16-24
• 2.1 空化和超空泡16-19
• 2.1.1 空化16-17
• 2.1.2 超空泡17-19
• 2.1.3 超空泡的相似准则参数19
• 2.2 Logvinovich 空泡横截面独立性膨胀原理19-22
• 2.3 超空泡的形态特征22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 不同工况下细长体带超空泡出水实验研究24-68
• 3.1 高速物体出水实验装置和实验方法24-28
• 3.1.1 高速物体出水实验装置介绍24-26
• 3.1.2 实验所用细长体的几何规格26-27
• 3.1.3 实验的测量方法27-28
• 3.2 不同工况细长体出水实验28-61
• 3.2.1 不同长径比的细长体出水超空泡流动28-38
• 3.2.2 不同头部形状的细长体出水超空泡流动38-44
• 3.2.3 不同局部结构的细长体出水超空泡流动44-47
• 3.2.4 不同空化器直径的细长体出水超空泡流动47-52
• 3.2.5 不同空化器长度的细长体出水超空泡流动52-56
• 3.2.6 不同尾部结构的细长体出水超空泡流动56-61
• 3.3 出水过程中细长体表面空泡形态变化61-67
• 3.3.1 超空泡尺寸变化规律61-65
• 3.3.2 超空泡外形轮廓65-67
• 3.4 本章小结67-68
• 第四章 细长体出水过程的数值研究68-83
• 4.1 控制方程和数值方法68-73
• 4.1.1 基本控制方程68-70
• 4.1.2 湍流模型70-71
• 4.1.3 动网格技术71-73
• 4.2 细长体表面带超空泡出水过程二维数值模拟73-77
• 4.2.1 划分网格、设定边界条件73-75
• 4.2.2 仿真结果及分析75-77
• 4.3 细长体表面带超空泡出水过程三维数值模拟77-82
• 4.3.1 划分网格、设定边界条件78-79
• 4.3.2 仿真结果及分析79-82
• 4.4 本章小结82-83
• 第五章 总结与展望83-85
• 5.1 本文总结83-84
• 5.2 研究展望84-85
• 参考文献85-89
• 附录89-110
• 致谢110-111
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果111

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1011001