減阻溶液中超空泡數(shù)值模擬研究.pdf

1、超空泡潛在的減阻效應(yīng)引起了人們高度的重視。當(dāng)水下航行體的速度達(dá)到某一值時(shí)，頭部空化器的水壓會(huì)降低到對(duì)應(yīng)溫度的飽和蒸汽壓，這時(shí)空化現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生，在頭部產(chǎn)生局部空泡，隨著航行體速度的增大，空泡長(zhǎng)度和直徑也會(huì)隨著變大，當(dāng)速度超過(guò)某一臨界值時(shí)，產(chǎn)生的氣泡會(huì)包裹住整個(gè)航行體，形成超空泡?，F(xiàn)在超空泡減阻效應(yīng)對(duì)水下高速航行體的研究帶來(lái)了革命性的變革，對(duì)于外形優(yōu)化的航行體，其減阻效果可以高達(dá)80％。超空泡流動(dòng)是一個(gè)難題，包含了許多流體動(dòng)力學(xué)中復(fù)雜的現(xiàn)象

2、，例如非定常性，相變以及湍流，至今對(duì)超空泡物理和數(shù)學(xué)方面的數(shù)值模擬研究仍然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。在水中加入少量的高聚物或表面活性劑，水的表面張力會(huì)大大降低。添加了高聚物或者表面活性劑的溶液同樣具有湍流減阻效應(yīng)。
　　本文基于非定常雷諾平均N-S方程，通過(guò)添加Cross粘度方程，并修改水的表面張力系數(shù)，數(shù)值模擬了減阻溶液中自然超空泡和通氣超空泡。得到了不同空化數(shù)下減阻溶液中自然超空泡的形態(tài)特點(diǎn)，減阻特點(diǎn)；以及在不同空化數(shù)，不同通氣口，不

3、同通氣速度下通氣超空泡的形態(tài)特點(diǎn)和減阻特點(diǎn)。
　　對(duì)比分析了水中和減阻溶液中自然超空泡形態(tài)差異，和減阻能力的差異，得到相同空化數(shù)下減阻溶液中自然超空泡的長(zhǎng)度更長(zhǎng)，直徑更大；相同空化數(shù)下減阻溶液中的阻力系數(shù)更小。這也表示減阻溶液中，更利于形成超空泡，減阻能力更強(qiáng)。
　　分別比較了只改變表面張力系數(shù)和只應(yīng)用 Cross粘度方程得到的自然超空泡形態(tài)和減阻能力，得到了減阻溶液表面張力和粘度的改變都是有利于形成自然超空泡的，所以模擬減