考慮空化作用的航行體出水過程水動力特性仿真研究.pdf

1、近幾十年水下航行體技術越來越多的受到各國重視，水下運動的航行體會在肩部和尾部分別形成肩空泡和尾空泡，在穿過水面過程中空泡潰滅的影響將使航行體受到強烈的動載荷而影響運動，研究空化出水過程具有重要意義。
　　本文應用 ANSYS_FLUENT12.0軟件，使用 mixture多相流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型，對常見頭型的回轉體進行不同空化數(shù)下水洞試驗的數(shù)值仿真，通過與實驗數(shù)據(jù)的對比驗證仿真結果的正確性，從而

2、驗證該空化模型數(shù)值計算的準確性和合理性。
　　在此基礎上對靜水條件下不同速度和不同水深的空化出水過程進行數(shù)值仿真，應用動網(wǎng)格實現(xiàn)垂直出水運動，使用UDF寫出壁面上監(jiān)測點處的壓力隨時間的變化。將出水過程分為水下、肩部出水、尾部出水等三個階段，分析每個階段的流場壓力、速度、流線、相分布的變化特點，肩部空泡和尾部空泡的發(fā)展或潰滅情況和航行體受到的載荷分布特點，討論空化對出水過程的影響，并比較速度和水深對空化出水過程的影響。
　　依

3、據(jù)造波原理進行不同波浪等級的數(shù)值波浪的仿真和驗證，檢驗造波方法的合理性和準確性。在此基礎上對不同波浪等級和不同波浪相位條件下的空化垂直出水過程進行數(shù)值仿真，分析和對比各階段的仿真結果，討論波浪對空化出水過程的影響，并比較波浪等級和波浪相位的影響。
　　結果表明考慮空化作用時航行體的壁面和尾部將因為受肩空泡和尾空泡潰滅的影響而承受高壓，空化現(xiàn)象的存在使航行體的受力情況更為復雜。航行體運動速度越大空化越明顯，載荷的數(shù)值和變化速度都增大

4、。水深越大肩部空泡發(fā)展得越充分，尾部空泡區(qū)別不大，水深影響壁面載荷位置分布變化但對載荷數(shù)值影響很小。波浪使航行體迎浪一側和背浪一側的空泡形狀出現(xiàn)差別，這種影響會隨著航行體頭部接近水面而越來越明顯，波浪引起的水質點運動對空泡潰滅產(chǎn)生的高壓區(qū)域有可能產(chǎn)生一種類似剝離的作用，使最大壓力位置遠離壁面，從而改變了壁面載荷的數(shù)值。浪級等級越高對上述影響越明顯，剝落作用出現(xiàn)的可能性也越大。波浪相位會影響水下階段兩側的空泡的相對大小，波峰位置出水時背浪