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减阻剂溶液注入对回转体通气空化的影响

哈尔滨工程大学学报 2020年第8期41卷 1099-1105页

作者：王璐郑智颖刘平安李玩幽哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨工程大学动力与能源工程学院

为了探究表面活性剂减阻溶液注入对轴对称水下航行体通气空化特性的影响,本文提出注入位置处于通气空泡之前的布置方式。采用SST k-ω湍流模型、Schnerr-Sauer空化模型和Mixture多相流模型对液态水-蒸汽-空气-减阻剂溶液四相通气空化流... 详细信息

为了探究表面活性剂减阻溶液注入对轴对称水下航行体通气空化特性的影响,本文提出注入位置处于通气空泡之前的布置方式。采用SST k-ω湍流模型、Schnerr-Sauer空化模型和Mixture多相流模型对液态水-蒸汽-空气-减阻剂溶液四相通气空化流动进行数值模拟研究。结果表明:通气量为9.42×10;m;/s和2.83×10;m;/s时,对于局部空化,注入表面活性剂减阻溶液明显增大了回转体周围空泡的形态、减小了回转体受到的阻力;然而对于超空化,空泡形态变化不明显,且只有摩擦阻力减小。本研究将为减阻溶液控制空化流动的技术提供依据。

关键词：减阻剂溶液通气空化回转体减阻阻力特性相体积分数形态特性表面张力

高速水下机器人通气空化减阻技术的水洞实验研究

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机器人 2018年第6期40卷 779-785页

作者：王超胡志强衣瑞文林扬中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院大学北京100049

针对高速水下机器人的减阻需求,基于通气空化减阻技术提出一种"空化器+边条+椭球形流线体"构型的水下机器人.采用水洞实验的方法分析了该构型的通气空化特性和水动力特性.实验结果表明,边条能够将空化器形成的空泡分割为上下2部分,2部... 详细信息

针对高速水下机器人的减阻需求,基于通气空化减阻技术提出一种"空化器+边条+椭球形流线体"构型的水下机器人.采用水洞实验的方法分析了该构型的通气空化特性和水动力特性.实验结果表明,边条能够将空化器形成的空泡分割为上下2部分,2部分空泡在模型尺度范围内几乎独立发展,互不干涉;在空化器上下孔不同时通气可形成半空泡,保证模型具有一定湿表面积;通气空化能够大幅降低模型阻力,随着弗劳德数的增大,减阻率进一步提高,在实验弗劳德数范围内的最大减阻率将近50%;在单侧通气或上下通气空泡未在模型尾部闭合时,模型受到正的垂向力,能够支撑模型自身重力.

关键词：水下机器人通气空化减阻水洞实验水动力

涡环泄气方式下通气空化的非定常流动特性研究

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兵工学报 2014年第5期35卷 711-718页

作者：段磊王国玉付细能北京理工大学机械与车辆学院北京100081

为了了解涡环泄气方式下通气空化的非定常流动特性,采用实验和数值计算的方法研究了绕锥头回转体通气空化流场。数值计算中,为了精确捕捉由于分离流动而产生的旋涡结构采用了基于空间尺度修正的滤波器模型(FBM).实验中,采用高速录像技... 详细信息

为了了解涡环泄气方式下通气空化的非定常流动特性,采用实验和数值计算的方法研究了绕锥头回转体通气空化流场。数值计算中,为了精确捕捉由于分离流动而产生的旋涡结构采用了基于空间尺度修正的滤波器模型(FBM).实验中,采用高速录像技术观察了对应工况下绕锥头回转体通气空化的空泡形态。研究结果表明:数值计算与实验结果取得较好的一致;通气空化的非定常流动现象为空泡尾流区云雾状空泡团的断裂脱落过程;空泡闭合位置的高压与空泡区域的低压形成较大逆压梯度,使空泡区域出现流动分离,进而在空泡区域产生复杂的旋涡结构,此旋涡结构与主流相互作用引起了空泡断裂,从而产生了脱落空穴涡。

关键词：流体力学通气空化逆压梯度流动分离空泡脱落

绕空化器回转体非定常通气空化流动特性的实验研究

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兵工学报 2014年第3期35卷 333-339页

作者：王复峰王国玉黄彪胡常莉刘涛涛北京理工大学机械与车辆学院北京100081

为了研究绕回转体通气空化流场特性,以带空化器回转体为研究对象,采用实验的方法运用全流场流动显示技术获得了不同条件下的空泡形态、流场结构。研究结果表明:在相同傅汝德数下,空泡形态随通气率的增大而增大,从最初的游离空泡发展成... 详细信息

为了研究绕回转体通气空化流场特性,以带空化器回转体为研究对象,采用实验的方法运用全流场流动显示技术获得了不同条件下的空泡形态、流场结构。研究结果表明:在相同傅汝德数下,空泡形态随通气率的增大而增大,从最初的游离空泡发展成超空泡,在超空化阶段的显著特点是在主流区和超空化区之间存在着光滑而清晰的分界面,空泡的稳定性增强;在相同通气率下,空泡形态随傅汝德数的增大而减小,由于空泡界面的滑移速度增大,通入的定量气体来不及聚积成大的空泡而被高速来流带到流场的下游,使得泄气量加大;通气空化流场呈现非定常特性,其反向射流的推进速度随通气率的增大而增大。

关键词：流体力学通气空化回转体高速全流场流动显示技术

非均相流模型在绕回转体通气空化流动计算中的应用

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工程力学 2016年第1期33卷 18-24页

作者：王复峰王国玉尤天庆黄彪郭百森北京理工大学机械与车辆学院北京100081 装备学院昌平士官学校北京102249 北京宇航系统工程研究所北京100076

结合水洞实验,研究了非均相流模型在通气空化流场计算中的应用。分别采用均相和非均相流模型对绕带空化器回转体的通气空化流场进行了数值计算,并与实验结果进行了对比,结果表明:非均相流模型由于充分考虑到相间界面及其相互作用,较应... 详细信息

结合水洞实验,研究了非均相流模型在通气空化流场计算中的应用。分别采用均相和非均相流模型对绕带空化器回转体的通气空化流场进行了数值计算,并与实验结果进行了对比,结果表明:非均相流模型由于充分考虑到相间界面及其相互作用,较应用均相流模型,能够更准确地模拟绕带空化器回转体的通气空化流动的空泡形态和通气空化流场的非定常特性和空泡区域的速度分布,更好地捕捉到空化区域内反向射流运动的非定常过程。

关键词：非均相流模型空化器回转体通气空化数值计算

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绕空化器通气空化流场的实验研究

工程热物理学报 2011年第10期32卷 1673-1676页

作者：张敏弟邵峰郭善刚王国玉北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081 北京航天动力研究所北京100176

本文采用高速全流场显示技术和动态应变式测力系统相结合研究了绕圆盘空化器通气空化流动发展过程和动力特性,讨论了通气量对空化流场形态和阻力的影响。结果表明:随着雷诺数增加,绕空化器的通气空化流场经历了初生空化、带状空化、团... 详细信息

本文采用高速全流场显示技术和动态应变式测力系统相结合研究了绕圆盘空化器通气空化流动发展过程和动力特性,讨论了通气量对空化流场形态和阻力的影响。结果表明:随着雷诺数增加,绕空化器的通气空化流场经历了初生空化、带状空化、团状空化,阻力系数不断减小,未发生自然空化时,减阻效果明显;随着通气量增加,绕空化器通气空化流场出现了半透明空化和透明的超空化,阻力系数呈现增大的趋势,且增大梯度随通气量增加而增大。

关键词：空化通气空化圆盘空化器高速全流场显示技术动态应变测力技术

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绕空化器自然空化与通气空化的对比

工程热物理学报 2012年第7期33卷 1147-1150页

作者：张敏弟邵峰付细能王国玉北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081

本文采用高速全流场显示技术和动态应变式测力系统相结合对比了绕圆盘空化器自然空化流场与通气空化流场流动结构和影响因素。结果表明,自然空化和通气空化在流场形态上有着相同的发展过程:初生空化、带状空化、团状空化、半透明超空化... 详细信息

本文采用高速全流场显示技术和动态应变式测力系统相结合对比了绕圆盘空化器自然空化流场与通气空化流场流动结构和影响因素。结果表明,自然空化和通气空化在流场形态上有着相同的发展过程:初生空化、带状空化、团状空化、半透明超空化和透明超空化;空化数是自然空化主要影响因素之一,通气量是通气空化主要影响因素之一。通气能够促进绕空化器空化流动发展程度。

关键词：自然空化通气空化圆盘空化器高速全流场显示技术动态应变测力技术

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水下航行体通气空化流动及其数值模拟研究

战术导弹技术 2022年第2期 120-130页

作者：崔祚向敏周后村刘圣陶贵州理工学院航空航天工程学院贵阳550003 国防科技大学空天工程学院长沙410003 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000 北京遥测技术研究所北京100094

水下航行器大多采用人工通气的方法产生覆盖其表面的超空泡,实现不同航速下的高效减阻,但通气空化流动机理研究以及数值模拟方法尚不成熟。对此,结合通气空化流动现阶段研究成果,从空泡形态、空泡稳定性和空泡流动控制3个方面论述了实... 详细信息

水下航行器大多采用人工通气的方法产生覆盖其表面的超空泡,实现不同航速下的高效减阻,但通气空化流动机理研究以及数值模拟方法尚不成熟。对此,结合通气空化流动现阶段研究成果,从空泡形态、空泡稳定性和空泡流动控制3个方面论述了实验研究进展;阐述了数值模拟通气空泡的3类方法;从湍流模型和空泡界面捕捉方式两个方面重点讨论了通气空泡数值模拟研究的关键技术。研究表明,提高空泡稳定性和调控能力、研究多相可压空化流数值模拟方法以及小尺度空化流动微观物理机制将成为未来研究的方向,为后续通气空化流动研究以及水下超高速导弹研制提供参考。

关键词：通气空化空泡形态空泡稳定性流动控制湍流模型界面处理

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航行体射流通气空化的CFD研究

航行体射流通气空化的CFD研究

作者：胡震宇哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

近二十年来,超空泡在航行体减阻方面得到了较为广泛的应用。航行体表面形成超空泡后,所受的摩擦阻力会显著下降,从而大幅度提高航行速度。由于自然空泡不稳定且生成条件苛刻,通常情况下利用人工通气实现超空泡减阻。人工通气的情况下,... 详细信息

近二十年来,超空泡在航行体减阻方面得到了较为广泛的应用。航行体表面形成超空泡后,所受的摩擦阻力会显著下降,从而大幅度提高航行速度。由于自然空泡不稳定且生成条件苛刻,通常情况下利用人工通气实现超空泡减阻。人工通气的情况下,超空泡航行体气源受到限制,难以实现长时间通气,且航行深度过高时,水压会导致气体体积收缩,难以达到理想的减阻效果。因此如何改变航行体表面的压力分布,削弱气体体积收缩现象,以小通气质量流量维持超空泡外形,成为了超空泡航行体设计需要解决的问题。本文围绕上述问题,考虑到利用液体射流降低航行体表面压力分布的可能性,通过数值仿真的方法对二维平板和超空泡航行体进行了研究,主要研究内容如下:推导、归纳了关于超空泡直径、长度、外形以及超空泡航行体航行阻力的理论计算公式、经验公式,设计了合理的航行体与超空泡外形,并根据设计的超空泡外形计算了所需满足的工况参数,对网格无关性进行了分析,并论证了本研究所用数值模拟方法的准确性。基于SST k-ω湍流模型以及VOF多相流模型,参照国内外已有实验和数值仿真,对二维平板表面的空化现象进行了研究,探讨了不同射流方向、不同射流速度、不同射流深度下空泡尺寸、空泡发展速度、空泡稳定性的变化规律和平板表面剪应力的分布,并模拟得到了与水洞实验接近的人工通气空泡外形。依照二维平板模拟得出的结论,选取合适的液体射流方案,对超空泡航行体表面的空化现象进行了模拟。在超空泡航行体头部设置垂直来流方向的射流孔,研究了液体射流对低航行速度下的自然超空泡、低通气质量流量下的人工通气超空泡形态的影响。对比了加入液体射流前后,空泡的半径、长度以及航行体表面的剪应力分布变化情况,结果表明液体射流对自然空化、人工通气空化均有促进作用,利用液体射流实现超空化后,阻力系数显著下降。本文通过数值模拟,分析了液体射流对超空泡形态的影响机理以及对二维平板、航行体的减阻效果,对超空泡航行体的设计有一定的参考意义。

关键词：通气空化射流空化数值模拟航行体空泡尺寸减阻