減阻溶液中軸對(duì)稱水下航行體通氣超空泡數(shù)值模擬研究.pdf

1、空化是指當(dāng)液體內(nèi)局部壓力低于液體飽和蒸汽壓時(shí)，在液體內(nèi)部或液固交界面上出現(xiàn)氣泡的產(chǎn)生、成長和潰滅的現(xiàn)象。當(dāng)水下航形體在水中航行時(shí)，在航行體頭部會(huì)形成低壓區(qū)域，進(jìn)而發(fā)生空化現(xiàn)象形成局部空泡，通過向空泡通入空氣或其他不凝結(jié)氣體使其進(jìn)一步長大從而達(dá)到超空泡狀態(tài)，這即為通氣超空泡。通氣超空泡的形成使水下航行體的阻力大大降低，在海下軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。添加少量湍流減阻添加劑到水中，既可以減小湍流阻力，又能減小水的表面張力，增強(qiáng)沸騰現(xiàn)象，這

2、都有利于空化的產(chǎn)生。本文將采用數(shù)值模擬的方法來研究湍流減阻添加劑對(duì)軸對(duì)稱水下航行體通氣超空泡的影響。
　　首先基于非穩(wěn)態(tài)N-S方程建立了減阻溶液中通氣超空泡流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算模型，采用不同的湍流模型對(duì)空化器幾何模型的通氣超空泡流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，與已有關(guān)聯(lián)式進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了該數(shù)值方法的可行性；同時(shí)還比較了不同濃度的PAM水溶液和CTAC水溶液的粘度的實(shí)驗(yàn)值和Cross方程的計(jì)算值，驗(yàn)證了Cross粘度方程描述湍流添加劑減阻溶液粘度的準(zhǔn)

3、確性。
　　其次，對(duì)水中和減阻溶液中軸對(duì)稱水下航行體通氣超空泡流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，分析比較了水中和減阻溶液中的空泡形態(tài)、減阻特性及其空泡形成過程。研究表明：減阻溶液對(duì)通氣超空泡的減阻作用主要體現(xiàn)在對(duì)摩擦阻力的影響，且主要表現(xiàn)在超空泡尚未完全形成時(shí)，在小來流不考慮自然空化時(shí)的空氣-水兩相通氣超空泡流動(dòng)中其最大摩擦減阻率可達(dá)50％左右；在大來流下考慮自然空化時(shí)水蒸氣-水-空氣三相通氣超空泡流動(dòng)中其最大摩擦減阻率可達(dá)58%左右；此外

4、，在來流速度較大時(shí)對(duì)壓差阻力也有一定影響。在來流速度較小時(shí)，減阻溶液基本不影響其空泡形態(tài)；但隨著來流速度的增大，減阻溶液中水蒸氣空泡尺寸與水中相比有顯著增大且維持時(shí)間更長，即減阻溶液有利于自然空化的產(chǎn)生和維持。
　　最后，提出了一種同時(shí)向水中通減阻溶液和空氣的新型通氣超空泡產(chǎn)生方法，即通溶液通氣超空泡，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，分析了其空泡形態(tài)特性、減阻特性及其空泡形成過程。研究表明：減阻溶液的通入改變了來流流動(dòng)方向，影響了水下航