气核参数与壁面特性对二维水翼空化比尺效应的机理研究

发布时间：2020-06-12 06:13

【摘要】：本文针对气核参数与壁面特性对二维水翼空化比尺效应的机理进行研究,以NACA4412翼型为研究对象,研究绕不同尺寸翼型流动产生的空化比尺效应进行研究,首先对平行壁面间液氩中空化过程的异质成核进行研究,然后将微观空泡理论研究成果联系到简化的二维翼型空化过程中,研究了二维水翼空化过程中的比尺效应现象,具体研究内容如下:1.采用微观分子模拟手段研究平行铂壁面间液体氩中空化核的瞬态特性。对壁面间一定尺寸稳定存在的空化核进行不同拉伸和不同壁面润湿性研究,对空化核的生长、系统压力和系统总压力进行分析。结果表明系统Pt壁面间稳定存在的空化核生长状况与系统的亚稳态程度及壁面润湿性息息相关。壁面的拉伸距离存在临界值,大于临界值的拉伸造成系统的不稳定性程度越大,从而利于空化核的生长,空化约剧烈。相对于疏水性壁面间的空化核体积缩小,亲水性壁面间的空化核体积明显增大,更利于空化核的生长,利于空化核的自发生长行为,而疏水性壁面对空化核有抑制作用,联系宏观空化现象,壁面的亲水性越强在壁面产生的初生空化数越多,越利于空化的发生。2.对弦长分别为75、100、150mm的三个NACA4412水翼进行数值模拟分析,研究空化初生、发展、溃灭、再生的非定常流动过程。结果表明在空化初生阶段,150mm弦长的翼型空化初生现象最为剧烈,结合微观壁面空化研究,得出尺寸越大的翼型前缘低压区强度越强,系统失稳程度的增大越利于空化核生长,所以当来流中气核数相同时,尺寸大的翼型越利于提高初生空化的产生。并且验证了翼型表面空化尾部脱落与翼型尺寸的关系,不同尺寸下空泡尾部高压区对主体空化的推挤强度不同,造成各自空化回缩距离不相同,尺寸越小情况下的主体空泡回缩距离越小。翼型尺寸大小也决定着绕翼型流动的空化非定常脉动频率,在相同空化数条件下,不同尺寸翼型的空化非定常脉动周期时间与翼型尺寸呈正相关。3.对三种尺寸的NACA4412翼型进行空化试验研究,分析了不同空化数情况下,不同尺寸翼型间空化比尺效应的差异,分析结果表明初始空化数的大小对空化比尺效应的影响在于:空化过程的形貌、再生空化的出现。而试验结果与数值模拟结果之间的差异是由不同粗糙度表面以及流体介质中不凝结气体含量不同导致。
【图文】：

形貌,空泡,超空化

而是发生在分离区域的表面或者尾部。（5）超空化。超空化形貌与片状空化相似，部分学者认为超空化可以看成附着空化的一类，但是超空化与片状空化的主要区别在于，超空化空泡的特征长度都是超过物面的特征长度，而片状空化空泡长度小于物体特征长度的，而且超空化的形貌是空泡初始位置与物体壁面相接触的，而超空化尾部闭合区在物体尾部下游的流体中，超空泡主要形式如图 1-5 所示。因为超空化空泡的特征长度超过了物体壁面，就像是超空泡气团把整个物体表面包裹在气团内部，将物体表面与上层液体隔绝开，即使超空泡尾部受下游压力梯度的影响发生空泡振动现象物体表面也不会受空泡溃灭产生的冲击流损害，一定程度上避免了物体表面受侵蚀破坏，且因物体在水中受到的阻力远大于空气中，所以物体表面被包裹在气泡中后运行所受阻力大大降低。正是因超空化给水下机械带来的减阻和降侵蚀效果，，各行各业尤其是军工方面就利用这一优点，制造了诸多类似超空泡鱼雷、超空泡潜水艇等一系列武器，大大提高了军队作战能力。

形貌,片状空化,超空化

而是发生在分离区域的表面或者尾部。（5）超空化。超空化形貌与片状空化相似，部分学者认为超空化可以看成附着空化的一类，但是超空化与片状空化的主要区别在于，超空化空泡的特征长度都是超过物面的特征长度，而片状空化空泡长度小于物体特征长度的，而且超空化的形貌是空泡初始位置与物体壁面相接触的，而超空化尾部闭合区在物体尾部下游的流体中，超空泡主要形式如图 1-5 所示。因为超空化空泡的特征长度超过了物体壁面，就像是超空泡气团把整个物体表面包裹在气团内部，将物体表面与上层液体隔绝开，即使超空泡尾部受下游压力梯度的影响发生空泡振动现象物体表面也不会受空泡溃灭产生的冲击流损害，一定程度上避免了物体表面受侵蚀破坏，且因物体在水中受到的阻力远大于空气中，所以物体表面被包裹在气泡中后运行所受阻力大大降低。正是因超空化给水下机械带来的减阻和降侵蚀效果，各行各业尤其是军工方面就利用这一优点，制造了诸多类似超空泡鱼雷、超空泡潜水艇等一系列武器，大大提高了军队作战能力。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661.1

【参考文献】