水下航行體尾部燃氣射流與通氣超空泡的相互作用.pdf

1、超空泡航行體發(fā)射初期，發(fā)動機啟動，高溫高壓燃氣通過噴管噴入水中，與周圍水介質發(fā)生相互作用，在航行體尾部形成燃氣射流。航行體速度足夠大時，自然空泡開始產生，并隨著大量可壓縮氣體通入，形成通氣超空泡。通氣超空泡與尾部燃氣射流的共同作用，對航行體受力與運動具有至關重要的影響，并且兩者之間也存在相互影響，涉及復雜的氣、汽、液多相介質、紊流、質量轉換、壓縮性等復雜流動機制。研究這一影響對于掌握通氣空泡演化規(guī)律、形態(tài)特征、穩(wěn)定性和控制規(guī)律有著重要的

2、理論意義和工程應用價值。 本文基于Mixture多相流模型，耦合自然空化模型，通過UDF對CFD軟件FLUENT6.3的二次開發(fā)，建立了氣、汽、液多相通氣空泡流的數(shù)值模擬方法，采用有限體積法，結合動網(wǎng)格技術，實現(xiàn)了超空泡航行體尾部燃氣射流與通氣超空泡的相互作用的數(shù)值模擬。 首先，通過理論分析和公式推導，建立合理的數(shù)學模型，對軸對稱圓盤空化器的通氣空化現(xiàn)象進行數(shù)值模擬計算。研究了不同的網(wǎng)格、湍流模式和空化數(shù)下的空泡形態(tài)，通

3、過計算結果與半經(jīng)驗公式的比較，驗證了數(shù)學模型與數(shù)值方法的有效性和合理性。 然后，對于高速超空泡航行體概念模型，通過UDF的二次開發(fā)，模擬了定航速水下航行體通氣空化流和尾部燃氣射流相互作用的非定常過程。計算了不同通氣量、航速和燃燒室總壓條件下的水下航行體燃氣射流與通氣空化流流場?？紤]了燃氣射流與水之間的傳熱及相變，分析了達到穩(wěn)定后的通氣超空泡和燃氣射流形態(tài)、流場馬赫數(shù)、壓力和溫度分布以及燃氣射流對航行體表面受力的影響，研究了水下航

4、行體通氣空化流和尾部燃氣射流相互作用的問題。 最后，采用動網(wǎng)格技術，模擬了通氣超空泡航行體噴氣推進過程。比較了兩組不同的最大通氣量下通氣空泡流和尾部燃氣射流的形態(tài)、阻力系數(shù)、流場馬赫數(shù)和壓力分布等。研究了不同運動狀態(tài)下的通氣空泡和燃氣射流的演化過程，以及該過程中激波的傳播特點，流場溫度、馬赫數(shù)和壓力隨時間的變化過程。 通過本文的計算分析，獲得了超空泡航行體尾部燃氣射流與通氣超空泡的相互作用的一些定量和定性結果，深化了相關