超空化流動(dòng)數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、空化是指在一定條件下液體介質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)蒸汽泡或蒸汽穴的現(xiàn)象。通常高速流動(dòng)是空化發(fā)生的原因，它導(dǎo)致液體介質(zhì)中局部壓力低于液體的飽和蒸汽壓，液體汽化而形成空泡。在流體機(jī)械中，空化的發(fā)生會(huì)引起設(shè)備運(yùn)行特性的改變、空蝕破壞、振動(dòng)及噪聲等一系列問題，空化嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)箼C(jī)組無法正常運(yùn)行。隨著各類水力機(jī)械和水面水下運(yùn)載工具航速的大幅度提高，空化的發(fā)生將不可避免，然而空化的極端發(fā)展形態(tài)-超空化，對(duì)水下航行體減阻技術(shù)又具有極其重大的意義。歷經(jīng)幾代人對(duì)超空化

2、的認(rèn)識(shí)和研究，直至1994年，俄羅斯成功地研制出第一枚航速可達(dá)200節(jié)的超空泡魚雷，打破了傳統(tǒng)認(rèn)為的水下航行體最高速只有140節(jié)的觀點(diǎn)，引發(fā)了世界各軍事強(qiáng)國研究超空泡的熱潮。
　　 在這樣的背景下，空泡流動(dòng)特性及其機(jī)理研究、水下航行體超空化的研究、發(fā)展合理的空泡流模型及復(fù)雜三維非定?？张萘鲾?shù)值計(jì)算方法的研究成為了當(dāng)前水動(dòng)力學(xué)研究的前沿課題，其不僅具有重要的理論意義，而且有著廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文的主要研究內(nèi)容和

3、創(chuàng)新性成果如下：
　　 1.基于完全空化模型和混合流體兩相流模型，對(duì)RNGκ-ε二方程湍流模型做了改進(jìn)，通過修正限制了空化區(qū)域內(nèi)的湍流粘度，同時(shí)考慮平均流動(dòng)中的旋轉(zhuǎn)及旋轉(zhuǎn)流動(dòng)特性對(duì)空化區(qū)域的影響；在空化模型中，改變相變起始?jí)毫Γ⒖紤]了湍流壓力波動(dòng)對(duì)空化的影響，從而滿足空化計(jì)算的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性要求。
　　 2.對(duì)圓盤空化器的超空化流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，通過計(jì)算結(jié)果與經(jīng)典的勢流解析解及可靠實(shí)驗(yàn)半經(jīng)驗(yàn)公式的對(duì)比，驗(yàn)證了本文

4、所發(fā)展的數(shù)值計(jì)算方法對(duì)超空化流動(dòng)問題的適用性。計(jì)算得出的光滑空泡形態(tài)、空泡尺寸、壓力分布、流動(dòng)特性等與解析解及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好。
　　 3.設(shè)計(jì)了空化水洞實(shí)驗(yàn)臺(tái)，運(yùn)用高速數(shù)碼攝像技術(shù)對(duì)各空化數(shù)及各攻角下繞水翼的空化流場形態(tài)進(jìn)行拍攝記錄實(shí)驗(yàn)，描述了繞水翼各個(gè)空化階段的非定?？栈鲌鼋Y(jié)構(gòu)、流動(dòng)特性及空泡演化過程等，并定性與定量地對(duì)影響空泡形態(tài)的因素進(jìn)行了分析，得出了空泡尺度與水翼攻角等之間的關(guān)系，為工程應(yīng)用中空泡形態(tài)的控制提供了一定