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物理学报 2017年第6期66卷 150-163页

作者：路中磊魏英杰王聪曹伟哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

采用高速摄像实验和数值计算相结合的方法,对开放空腔壳体入水过程中空腔内气体涨缩对入水空泡的扰动机理和扰动作用下空泡局部失稳特征开展研究.基于实验观测结果,对比开放空腔和封闭空腔两种壳体入水空泡形态差异性,获得开放空腔壳体... 详细信息

采用高速摄像实验和数值计算相结合的方法,对开放空腔壳体入水过程中空腔内气体涨缩对入水空泡的扰动机理和扰动作用下空泡局部失稳特征开展研究.基于实验观测结果,对比开放空腔和封闭空腔两种壳体入水空泡形态差异性,获得开放空腔壳体入水空泡波动特征,并根据能量守恒定律和能量转化关系,定性分析空腔自激扰动机理和扰动引起的空泡波动机理.基于数值计算结果,结合实验观测到的空泡阶段性局部失稳现象,定量分析空泡局部的结构性失稳特征和流动性失稳特征,并参照边界层理论和漩涡理论,揭示了空泡局部失稳机理.结果表明:入水冲击压缩空腔气体形成扰动源,对流场结构形成周期性扰动,导致空泡波动;撞水前空腔气体经冲击压缩密度升高,导致入水后气体首次膨胀阶段部分气体外泄,改变分离点流动,空泡局部结构失稳;空泡壁面流动具有类边界层流动特性,波动形态空泡形成多级回流现象,并逐级作用在空泡凹陷位置,使局部掺混区厚度增加,产生涡旋、转捩流动,空泡局部云化失稳;空泡逐级在波谷位置闭合、脱落,伴随大尺度漩涡生成,脱落过程形成拟序结构流场,漩涡导致脱落空泡迅速溃灭,但不会对附着空泡的流动产生影响.

关键词：开放空腔壳体扰动流场结构空泡失稳

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开放空腔壳体入水流场结构及流体动力特征研究

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北京航空航天大学学报 2016年第11期42卷 2403-2412页

作者：路中磊魏英杰王聪孙铁志哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

基于混合介质雷诺平均Navier-Stokes方程,对开放空腔壳体垂直入水运动过程开展了数值研究,得到了压力场、速度场分布,空泡波动、闭合特征,空腔气体涨缩规律,以及流体动力变化规律,并分析了空腔结构在入水运动过程中对流场结构和流体动... 详细信息

基于混合介质雷诺平均Navier-Stokes方程,对开放空腔壳体垂直入水运动过程开展了数值研究,得到了压力场、速度场分布,空泡波动、闭合特征,空腔气体涨缩规律,以及流体动力变化规律,并分析了空腔结构在入水运动过程中对流场结构和流体动力的影响。结果表明:液体随气体涨缩同步进出开放端;开放端局部形成波动的压力源和周期性的压力场、速度场分布;入水空泡呈现波动形态,其扩展程度与开放端液体流速相关;空泡内形成气体漩涡,随空腔涨缩往返进出空泡,对空泡闭合具有抑制作用;流体动力呈波动变化规律,频率与气体涨缩频率一致,幅值与气体涨缩程度成正比。开放空腔结构在入水过程中空腔内气体发生涨缩运动,对流场结构和流体动力产生周期性扰动作用,在一定程度上可以减缓冲击、维持空泡及运动的稳定性。

关键词：入水开放空腔壳体流场结构流体动力数值计算

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开放空腔壳体倾斜入水运动特性试验研究

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力学学报 2018年第2期50卷 263-273页

作者：路中磊孙铁志魏英杰王聪哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 大连理工大学船舶工程学院大连116024

基于高速摄像试验方法,研究了开放空腔壳体的倾斜入水运动特性,重点分析了开放空腔结构引起的空泡流动特征和壳体运动规律.通过试验数据分析了开放空腔内气体运动将引起独特的空泡流动和阶段性的运动规律,探讨了初始入水速度、入水姿态... 详细信息

基于高速摄像试验方法,研究了开放空腔壳体的倾斜入水运动特性,重点分析了开放空腔结构引起的空泡流动特征和壳体运动规律.通过试验数据分析了开放空腔内气体运动将引起独特的空泡流动和阶段性的运动规律,探讨了初始入水速度、入水姿态对入水弹道和空泡形态等运动特征的影响.结果表明:开放空腔壳体入水空泡出现阶段波动演化现象,并先后经历两次闭合;入水空泡演化改变流体动力分布,直接影响壳体运动方式,进而改变水下弹道特征;空腔内部形成相对独立流场环境和开放端周期性流动,在重力作用下液体对空腔内下侧壁面作用力较大,加剧壳体偏转,从而改变入水运动过程的稳定性;随着入水速度的增大,空泡波动特征逐渐明显,闭合时间延迟,非对称深闭合引起的横向位移减小,但偏转角度与入水速度无关;随着初始姿态倾角减小,空泡波动程度减弱、闭合时间延迟,偏转角速度增大,闭合引起的横向位移增大.

关键词：开放空腔壳体倾斜入水入水弹道空泡形态

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开放空腔壳体开口面积对空泡扰动影响研究

开放空腔壳体开口面积对空泡扰动影响研究

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第九届全国流体力学学术会议

作者：路中磊魏英杰王聪王海洋哈尔滨工业大学航天学院航天工程与力学系

开放空腔壳体入水冲击导致空腔内部气体涨缩,对环境流场产生周期性的强烈扰动。这种自激扰流影响入水空泡流动特征和稳定性,产生附加流体动力并影响流体动力环境。本文基于高速摄影测量方法,开展了低弗劳德数条件下开放空腔壳体垂直入... 详细信息

开放空腔壳体入水冲击导致空腔内部气体涨缩,对环境流场产生周期性的强烈扰动。这种自激扰流影响入水空泡流动特征和稳定性,产生附加流体动力并影响流体动力环境。本文基于高速摄影测量方法,开展了低弗劳德数条件下开放空腔壳体垂直入水试验,得到入水空泡流动参数和演化规律。在此基础上,对比不同开口面积模型入水空泡尺度和演化规律,定量分析了开口面积与入水空泡形态关系,以及对入水空泡的扰动程度,并揭示了扰动机理。结果表明:开放空腔射流导致空泡扩展程度出现周期差异,形成波动流动形态空泡;开口面积是影响空泡扰动的重要参数,随着开口面积递减,空泡波动程度减弱、闭合时间提前、空泡最大扩展尺度减小,并加速了空泡云化、溃灭。空腔射流改变了分离点位置径向流动,加速空泡扩展,并延缓了回射流的产生。随着射流源距分离点距离增加,对空泡的扰动迅速衰减。

关键词：开放空腔壳体开口面积射流入水试验

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