水下兩相沖壓式發(fā)動機工作機理的數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著高速、高性能艦船及水下航行體飛速發(fā)展,發(fā)動機技術(shù)成為決定其性能的關(guān)鍵因素。水下兩相沖壓式發(fā)動機利用沖壓效應可以在更高的航行速度下具有很好的性能，占用的有效載荷和有效空間較小，避免了空蝕對發(fā)動機結(jié)構(gòu)的破壞，適應復雜工況的能力很強，因此水下兩相沖壓式發(fā)動機技術(shù)受到極大關(guān)注。
　　水下兩相沖壓式發(fā)動機的工作機理是水從發(fā)動機進口流入，流經(jīng)進水道沖壓后，其速度下降，壓力升高；高壓氣體從氣體噴嘴噴出后在混合室內(nèi)與經(jīng)過進水道沖壓后的水混合形

2、成氣-水兩相混合物，使混合室內(nèi)氣-水兩相混合物的壓力升高；氣-水兩相混合物流經(jīng)發(fā)動機噴管壓力降低而速度升高，從發(fā)動機噴管出口噴出的氣-水兩相混合物在發(fā)動機出口處的速度大于水在發(fā)動機進口處的速度，從而產(chǎn)生推力。本文應用數(shù)值模擬方法重點研究了典型水下兩相沖壓式發(fā)動機內(nèi)流場氣-水兩相混合流的流體動力學特性，并且研究了發(fā)動機的性能與相關(guān)參數(shù)間的關(guān)系，為水下兩相沖壓式發(fā)動機的研究提供了技術(shù)準備和前期研究成果。
　　本文分析了數(shù)值方法所引入的

3、不確定性和誤差；基于均質(zhì)平衡流理論并考慮氣-水兩相之間的速度差異的情況下，運用N-S方程和RANS中的8種湍流模型模擬典型水下兩相沖壓式發(fā)動機二維軸對稱的氣-水兩相混合流動。通過與實驗結(jié)果比較，認為 Realizablek湍流模型更適合定常流動情況，并驗證了數(shù)值方法的可靠性。
　　基于上述的數(shù)值模擬方法，研究了典型水下兩相沖壓式發(fā)動機的內(nèi)流場，分析結(jié)果表明，文中所研究的典型結(jié)構(gòu)形式的發(fā)動機的氣-水兩相混合流動的流動形式為類似環(huán)狀流

4、的流動，空氣沿著混合室和噴管的內(nèi)壁形成一個環(huán)狀含氣區(qū)，而水則在氣環(huán)的中間形成液相軸心，空氣與水之間是明顯的分界層；得到了發(fā)動機內(nèi)流場參數(shù)，如壓力、速度和含氣率等物理量的分布規(guī)律以及通氣參數(shù)和流場參數(shù)對發(fā)動機內(nèi)流場參數(shù)和分界層厚度的影響；來流速度較高時，不噴入空氣發(fā)動機進口處自然空化，而噴入空氣后自然空化現(xiàn)象消失。
　　應用動量流量法推導出了用計算域網(wǎng)格節(jié)點參數(shù)表示的水下兩相沖壓式發(fā)動機內(nèi)推力及其動態(tài)分量和靜態(tài)分量的計算式，研究了發(fā)