自由表面與運(yùn)動(dòng)物體之間相互作用的研究.pdf

1、帶自由表面的流動(dòng)是非常常見的流動(dòng)現(xiàn)象，例如風(fēng)力作用引起的波浪運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)過程中，會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，甚至引起空蝕破壞。因此，研究自由表面流動(dòng)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(gè)部分。首先，模擬了單個(gè)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(jì)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(duì)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(yùn)動(dòng)速度和非對(duì)稱性對(duì)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(gè)氣泡在無界域、固壁附近與自由表面附近潰滅計(jì)算結(jié)果分別與前人的計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了文中采用

3、的數(shù)值求解方法的有效性和計(jì)算精度。此外，當(dāng)單個(gè)氣泡在固壁與自由表面組成的復(fù)合邊壁附近潰滅時(shí)，在潰滅的前中期水面對(duì)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(duì)于錐頭航行體非勻速垂直出水過程，在計(jì)算的參數(shù)范圍內(nèi)，可將空泡的發(fā)展分為三個(gè)階段：一次成長階段，二次成長階段和潰滅階段。對(duì)于不同的運(yùn)動(dòng)方式，二次成長階段具有準(zhǔn)定常的特征。在潰滅階段，對(duì)于加速出水過程，肩部空泡相對(duì)于航行體向下運(yùn)動(dòng)，甚至與底