自由表面與運動物體之間相互作用的研究.pdf

1、帶自由表面的流動是非常常見的流動現(xiàn)象，例如風(fēng)力作用引起的波浪運動過程、以及水下高速航行體附近的空化過程。其中，空化過程廣泛存在于各種水下設(shè)備的運動過程中，會產(chǎn)生噪聲和振動，甚至引起空蝕破壞。因此，研究自由表面流動過程，特別是空化過程具有非常重要的意義。
　　本文利用商業(yè)軟件Fluent，數(shù)值研究了水面、空泡與物體間的相互作用，包括三個部分。首先，模擬了單個球形氣泡在無界域、固壁附近、自由表面附近、以及固壁與自由表面組成的復(fù)合邊壁附

2、近的潰滅過程。然后，通過計算考察了航行體帶空泡非勻速垂直出水過程。闡述了速度、加速度和局部空化數(shù)對空泡發(fā)展過程以及航行體上壓力分布的影響。最后，數(shù)值研究了航行體帶空泡非勻速斜出水過程。在成長階段和潰滅階段，分別探討了不同的運動速度和非對稱性對于肩部空泡以及底部空泡外形的影響。通過數(shù)據(jù)整理和分析，可以得到以下主要結(jié)論：
　　1、將單個氣泡在無界域、固壁附近與自由表面附近潰滅計算結(jié)果分別與前人的計算及試驗結(jié)果進(jìn)行了比較，驗證了文中采用

3、的數(shù)值求解方法的有效性和計算精度。此外，當(dāng)單個氣泡在固壁與自由表面組成的復(fù)合邊壁附近潰滅時，在潰滅的前中期水面對氣泡凹陷方向起到主導(dǎo)作用；此后固壁的作用不斷增大并在潰滅的末期起主導(dǎo)作用。
　　2、對于錐頭航行體非勻速垂直出水過程，在計算的參數(shù)范圍內(nèi)，可將空泡的發(fā)展分為三個階段：一次成長階段，二次成長階段和潰滅階段。對于不同的運動方式，二次成長階段具有準(zhǔn)定常的特征。在潰滅階段，對于加速出水過程，肩部空泡相對于航行體向下運動，甚至與底