減阻溶液中軸對稱水下航行體通氣超空泡數(shù)值模擬研究.pdf

1、空化是指當(dāng)液體內(nèi)局部壓力低于液體飽和蒸汽壓時，在液體內(nèi)部或液固交界面上出現(xiàn)氣泡的產(chǎn)生、成長和潰滅的現(xiàn)象。當(dāng)水下航形體在水中航行時，在航行體頭部會形成低壓區(qū)域，進而發(fā)生空化現(xiàn)象形成局部空泡，通過向空泡通入空氣或其他不凝結(jié)氣體使其進一步長大從而達到超空泡狀態(tài)，這即為通氣超空泡。通氣超空泡的形成使水下航行體的阻力大大降低，在海下軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。添加少量湍流減阻添加劑到水中，既可以減小湍流阻力，又能減小水的表面張力，增強沸騰現(xiàn)象，這

2、都有利于空化的產(chǎn)生。本文將采用數(shù)值模擬的方法來研究湍流減阻添加劑對軸對稱水下航行體通氣超空泡的影響。
　　首先基于非穩(wěn)態(tài)N-S方程建立了減阻溶液中通氣超空泡流動的數(shù)值計算模型，采用不同的湍流模型對空化器幾何模型的通氣超空泡流動進行數(shù)值模擬，與已有關(guān)聯(lián)式進行了對比，驗證了該數(shù)值方法的可行性；同時還比較了不同濃度的PAM水溶液和CTAC水溶液的粘度的實驗值和Cross方程的計算值，驗證了Cross粘度方程描述湍流添加劑減阻溶液粘度的準(zhǔn)

3、確性。
　　其次，對水中和減阻溶液中軸對稱水下航行體通氣超空泡流動進行了數(shù)值模擬研究，分析比較了水中和減阻溶液中的空泡形態(tài)、減阻特性及其空泡形成過程。研究表明：減阻溶液對通氣超空泡的減阻作用主要體現(xiàn)在對摩擦阻力的影響，且主要表現(xiàn)在超空泡尚未完全形成時，在小來流不考慮自然空化時的空氣-水兩相通氣超空泡流動中其最大摩擦減阻率可達50％左右；在大來流下考慮自然空化時水蒸氣-水-空氣三相通氣超空泡流動中其最大摩擦減阻率可達58%左右；此外

4、，在來流速度較大時對壓差阻力也有一定影響。在來流速度較小時，減阻溶液基本不影響其空泡形態(tài)；但隨著來流速度的增大，減阻溶液中水蒸氣空泡尺寸與水中相比有顯著增大且維持時間更長，即減阻溶液有利于自然空化的產(chǎn)生和維持。
　　最后，提出了一種同時向水中通減阻溶液和空氣的新型通氣超空泡產(chǎn)生方法，即通溶液通氣超空泡，并對其進行了數(shù)值模擬研究，分析了其空泡形態(tài)特性、減阻特性及其空泡形成過程。研究表明：減阻溶液的通入改變了來流流動方向，影響了水下航