通气空泡流的多相流模型与数值模拟

本文基于Reynolds平均Navier-Stokes方程和Mixture多相流模型．并耦合自然空泡模型,提出一种用于求解通气空化与自然空化共同作用下的通气空泡流的方法。模拟了定常状态下绕三维轴对称体的通气空泡流动,验证了模型的有效性;并着重研究了通气量对通气气幕及水动力特性的影响。计算结果表明,适当的通气世对产生稳定有效的超空泡是十分重要的。     

喷气推进航行体空泡流的尺度效应研究

基于Reynolds平均N-S方程和Mixture模型,耦合自然空化模型,运用气、汽、液多相空泡流动的数值模拟方法,模拟了水下航行体自然空泡和尾部燃气射流发展的非定常过程。对于六种模型尺度,计算分析了自然空泡和燃气射流的尺度效应。计算结果表明:随着模型尺度减小,相应的雷诺数也缩小,水流紊动减弱,空泡的脱体点后移,航行体头部低压区范围减小,导致压差阻力系数增大。同时,雷诺数越小意味着黏性力影响越显著,相应的黏性阻力系数增大。模型缩尺对于尾部燃气射流的发展影响较小,不同尺度模型的马赫数分布与阻力系数分布基本相同。     

水下航行体尾喷燃气与通气超空泡相互作用的研究

基于Reynolds平均Navier-Stokes方程和Mixture多相流模型,耦合自然空化模型,采用有限体积法,建立了气、汽、液多相通气空泡流和燃气射流的数值模拟方法,模拟了超空泡航行体尾部燃气射流与通气空泡的相互作用,研究了通气量和燃烧室总压对它的影响.计算结果表明:燃气射流对于通气空泡流具有引射作用,使得空泡尺度特别是其后部明显收缩,空泡变短,"颈缩"位置前移,航行体阻力系数变大,导致泄气截面面积减小,并影响泡内的压力分布.     

带空泡运动航行体的附加质量研究

提出了确定带自然空泡运动物体附加质量的方法.这一方法基于在数值水洞中作摇荡运动物体的水动力计算, 包括两个主要步骤:首先采用CFD技术模拟空泡流场,求解水动力;然后根据物体运动方程,由水动力计算出附加质量.研究了带自然空泡圆盘和轴对称细长体的附加质量.计算结果与理论解一致,验证了本文方法的有效性.与切片法相比,本文方法可以更为准确地定量预报带空泡运动轴对称细长体的附加质量.     

钝体尾迹区通气空泡流动特性研究

该文采用实验的方法开展了不同雷诺数和通气量下钝体尾迹区通气空泡流动特性的研究,依据雷诺数Re和通气率Q_v建立了通气空泡气液两相流的流型图谱。根据通气空泡流动特征,将其分为两大类,分别是旋涡脱落型和相对稳定型。当通气率为Q_v=0.086 6时,雷诺数的改变不影响空泡流型,均属于旋涡脱落型。当通气率为Q_v=0.278时,钝体尾部有空泡包裹,随着雷诺数的增加,空泡长度显著减小,空泡形态由相对稳定型向旋涡脱落型转变。当雷诺数保持一致时,随着通气率的增加,均出现了由旋涡脱落型向相对稳定型转变的趋势。随着雷诺数的增加,由旋涡脱落型转变为相对稳定型所需要的通气率增大。     

空泡溃灭的Bjerknes效应

根据Ｂｊｅｒｋｎｅｓ力的基本理论和空泡动力学方程，推导出了空泡运动时Ｂｊｅｒｋｎｅｓ力的表达式。在此基础上，对空泡溃灭时的Ｂｊｅｒｋｎｅｓ力进行了计算和分析。     

绕二维对称水翼的通气空泡流数值研究

本文通过有限体积离散方法求解Reynolds平均Navler—Stokes方程,采用VOF法追踪气一液两相交界面。研究了在高压低速来流,即本质上不发生自然空化的条件下,绕二维对称水翼的非定常通气空泡流动。分析了物理参数——通气方向角和攻角,对通气空泡外形、稳定性及水动力参数的影响。计算结果表明：在通气空泡的形成过程中,通气方向角存在着一个临界值,使得空泡形态由片状空泡过渡到超空泡;特定的参数组合将会诱发空泡表面出现波动现象。而且,当攻角做周期性变化时,水动力参数的变化也随之满足周期性规律,且出现阶段性振荡。     

导弹垂直发射出筒过程中通气空泡流研究

将通气空泡技术应用于导弹水下垂直发射出筒过程,通气空泡是高速航行体获得稳定空泡的一种重要技术。采用基于Mixture多相流模型的有限体积法求解RANS方程,结合动网格技术,对水下垂直发射导弹出筒过程的轴对称流场进行了数值模拟,研究导弹的流体动力特性和通气空泡的演化。结果表明通气空泡可减小导弹出筒过程中的阻力和改善导弹的流体动力载荷。     

回转体空泡流特性研究

利用CFD商业软件F1uent 6．0中的基于Rayleigh-Plesset方程的单一介质可变密度混合模型进行了回转体空泡流特性研究。首先采用二维轴对称求解器进行了不同头体的空泡几何特性研究,及局部空泡阻力特性分析,探索了空泡减阻的机理。然后采用三维求解器进行了非零攻角空泡流及超空泡数值模拟。给出了较易产生空泡的头型,与实验结果符合得较好;得到了零攻角和非零攻角情况下的双空泡及超空泡形态。     

平壁对空泡运动的影响研究

在全面考虑壁面对空泡运动粘悸阻力和升力影响的基础上，建立了空泡在近壁区内的运动微分控制方程，通过频谱分析，考察了壁面的存在对空泡频率响应特性和湍强度等方面的影响，并与壁面对固体颗粒运动和影响进行了比较 。     

Numerical investigation of the effect of rotation on cavitating flows over axisymmetric cavitators

The rotating axisymmetric cavitator is widely applied in underwater vehicles, and its rotational motion affects the cavitating flow over the cavitator. This study focuses on the effect of rotation on the flow structure in the cavity bubble. Unsteady 2-D/3-D numerical simulations of cavitating flows over axisymmetric cavitators are performed using the volume of fraction(VOF) method and the Sauer-Schnerr cavitation model. Firstly, the 2-D simulation of cavitating flow over a circular disk or a cone cavitator is carried out at various cavitation numbers(0.15, 0.175, 0.2, 0.225 and 0.25). The simulated cavity lengths and drag coefficients are compared with the experimental data, the theoretical estimations and the published numerical results. Then the 3-D simulations of cavitating flows over the same axisymmetric cavitators with different rotating speeds are performed using the sliding mesh model(SMM). The effect of rotation on the cavity shape and the internal flow structure is analyzed.     

On the numerical simulations of vortical cavitating flows around various hydrofoils

This paper reviews the numerical models of various cavitating flows around hydrofoils. Numerical models relating to cavitation flows, including mass transfer models and turbulence models, are summarized at first. Then numerical results and analysis of flow characteristics for the cavitating flows around twisted hydrofoils, truncated hydrofoil and tip leakage are discussed respectively. For mean flow fields, Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) simulation associated with a kind of nonlinear turbulence model is found to be an economic and robust numerical approach for different kinds of cavitating flows including cloud cavitation, tip cavitation and tip leakage cavitation. To predict the fluctuations of pressure and velocity, large eddy simulation(LES) and detached eddy simulation(DES) are two effective approaches. Finally, a few open questions are proposed for future research.     

两相流相界面迁移的数值模拟

该文采用VOF法追踪了重力流液液和气液相界面的迁移,发现VOF法可很好地追踪强非线性、大形变的相界面随时间的变化。重点讨论了不同相密度比、黏性比条件下,液液相界面和气液相界面的运动形式,验证了液液相界面主要受Kelvin-Helmholtz不稳定性控制。结果显示：液相密度比越大,液液相界面随时间变化越快,气液交界面不再保持水平位置,而以摆动的形式存在;在黏性比小于5时,黏性比不太影响液液相界面随时间变化。     

Research on the hydrodynamic characteristics of cavitating grid fins

1. INTRODUCTION Since the introduction of the grid fin in the mid- 1980s, it has been indicated that the use of grid fin as an innovative aerodynamic stabilizer and/or a control surface has some advantages when compared with the conventional planar fin [1…     

Compressible effect on the cavitating flow: A numeric study

To understand the effect of the compressibility on the cavitating flow, a compressible, multiphase, single component Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) solver is used to study the cavitating flow on a wedge in the present work. A barotropic equation of status is used. A non-linear model for compressibility in the mixture is adopted to capture the effect of the compressibility within the complex cavitation bubbly mixtures. An unsteady cavitation phenomenon is found in the numerical simulation. The numerical results of local compressibility and Mach number in the bubbly mixture are given. The mechanism responsible for the unsteady shedding of the bubbly mixture is discussed based on the numerical results.