旋成体高速入水可压缩性影响研究

发布时间：2021-03-22 04:23

　　针对目前高速（≥100 m/s）跨水-气体界面多相流数值模拟中空化效应和水介质可压缩性影响等问题,建立一套高速入水数值模拟方法。以旋成体为计算模型,采用剪应力传递（SST）k-ω、标准（Standard） k-ε、重整化群（RNG） k-ε及可实现（Realizable） k-ε4种湍流模型进行数值模拟,得到速度衰减与入水深度随时间变化的结果及入水1 ms时的空泡形态,并与理论解比较。基于SST k-ω湍流模型与文献[15,17]实验开展对比研究,选取入水速度50 m/s、100 m/s、200 m/s、400 m/s、800 m/s进行计算。研究结果表明:采用SST k-ω湍流模型的数值模拟结果与理论解一致性最好,入水速度衰减、空泡发展与实验结果基本一致,证明该方法的有效性;在入水速度≤100 m/s时,液体可压缩性对入水冲击载荷基本没有影响;在入水速度≥200 m/s时,随着入水速度增加,液体可压缩性对入水冲击载荷影响越大,会弱化入水冲击载荷及延缓最大载荷出现的时间;在考虑液体可压缩性时,空泡形态有收缩现象;入水速度越大,入水过程速度衰减越快,加速度值在入水初期较大;在计算模型周围... 

【文章来源】：兵工学报. 2020,41(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

计算模型

图2为计算域示意图，由于计算模型为旋成体外形，采用二维轴对称网格。图2中，上部为压力进口边界条件，设置为标准大气压力，底部为压力出口边界条件，按照公式p=p∞+ρlgh设置，本文中p∞为1个标准大气压，h表示水深，空气域与液相域的内侧为轴对称边界。2 结果分析

图3为旋成体入水时间为0.006 s时的速度衰减曲线，可以看出4种湍流模型的数值总体趋势上与理论解一致，但是在量值上有差异。在0.006 s时刻，理论解瞬时速度为39.08 m/s,Standard k-ε湍流模型模拟瞬时速度为33.57 m/s,SST k-ω湍流模型模拟瞬时速度为38.45 m/s,RNG k-ε湍流模型模拟瞬时速度为37.24 m/s,Realizable k-ε湍流模型模拟瞬时速度为37.92 m/s．从数值比较来看，使用SST k-ω湍流模型得到的速度衰减，无论从整体趋势上还是从瞬时点上都与理论解误差最小。图4为旋成体入水深度随时间变化曲线，从中可以看出使用SST k-ω湍流模型入水深度与理论解一致性最好。图4中表示无量纲入水深度，其为入水深度与柱体部分直径的比值。

【参考文献】：
期刊论文
[1]小型运动体高速倾斜入水空泡流动数值研究[J]. 陈晨,魏英杰,王聪.  兵工学报. 2019(02)
[2]高速旋转小球入水空泡特性数值模拟[J]. 夏维学,王聪,魏英杰,张孝石.  哈尔滨工业大学学报. 2018(04)
[3]细长体高速入水过程压力特性试验研究[J]. 时素果,杨晓光,王亚东,刘乐华.  应用力学学报. 2018(02)
[4]High-speed water impacts of flat plates in different ditching configuration through a Riemann——ALE SPH model[J]. S.Marrone,A.Colagrossi,L.Chiron,M.De Leffe,D.Le Touzé.  Journal of Hydrodynamics. 2018(01)
[5]球体垂直入水过程流体动力数值研究[J]. 孙钊,曹伟,王聪.  振动与冲击. 2017(20)
[6]运动体小扰动下入水空泡试验研究[J]. 蒋运华,徐胜利,周杰.  弹道学报. 2016(01)
[7]锥头圆柱体高速入水空泡深闭合数值模拟研究[J]. 马庆鹏,魏英杰,王聪,曹伟,陈超倩.  兵工学报. 2014(09)
[8]圆柱体低速入水空泡试验研究[J]. 何春涛,王聪,何乾坤,仇洋.  物理学报. 2012(13)

博士论文
[1]开放空腔壳体入水过程多相流动特性研究[D]. 路中磊.哈尔滨工业大学 2017



本文编号：3093778