自然超空泡与尾喷流相互作用的数值模拟

认识带尾喷流和自然超空泡的水下高速航行体流体动力特性并发展其预报与控制方法仍是水动力学领域极具挑战性的课题．本研究采用CFD方法对尾喷流和自然超空泡之间的相互作用进行了数值研究．针对发动机欠膨胀超音速喷流，采用现有实验结果验证了基于两方程湍流模型的二维轴对称流动数值模型的可靠性．尾喷流在空气和蒸汽环境中流动的数值计算结果表明，由于蒸汽环境中背压较低，欠膨胀尾喷流无法及时形成压缩波，使得蒸汽环境中尾喷流的过膨胀区和气相扩散区的体积比空气中大；尾喷流很难形成规则的激波格栅，波系结构相对简单．针对携尾喷流的平头航行体超空泡流状态的数值模拟结果表明，尾喷流注入超空泡后迅速充满航行体周围的空腔区域；尾喷流与超空泡尾迹区域形成的回射流相互作用最终导致超空泡断裂，断裂过程中伴随着燃气泡的下泄现象；受空泡壁面约束，尾喷流难以在狭窄的超空泡空腔内完全膨胀，尾喷流的激波波系结构有显著的变化：在喷嘴附近受到压缩，在远离喷嘴区域受到超空泡水汽掺混的破坏；空泡内压强基本维持在饱和蒸汽压附近，没有显著增加．     

部分流低温流体循环泵空化性能预测

为了对部分流低温流体(液氮) 循环泵空化特性进行预测. 基于软件 ANSYS-FLUENT, 计算选用Stardard k-ε 湍流模型,Simplec 压力耦合方式, 进行空化前 MRF 模型定常计算, 添加两相流参数, 选取 Singhal-et-al 空化模型, 添加两相参数, 考虑液-气密度比对低温流体液氮泵内能量的传递和交换的影响, 得到气液动量、 质量和能量守恒方程, 利用 RNGk-ε 湍流模型,Simplec 压力耦合方式, 对不同进液压力条件下, 部分流低温流体(液氮) 循环泵空化特性进行全流域空化数值计算. 进行泵空化特性试验, 在额定转速下, 随着泵前流体压力的降低呈现的空化性能, 数值计算与试验测得的泵头数值最大偏差在10% 以内, 曲线吻合性较好, 泵内流场空化发生伴有显著的压头下降, 空化过程增强, 空化区变大, 液相和汽相相互拖拽能力增强, 空化核心区由叶顶背压部分扩散到整个流道, 汽液界面不清晰, 直至断流. 本文采用的计算方法和研究结果为低温流体循环泵内部流体空化的诊断和性能优化提供了一定依据.     

考虑甲烷溶解效应的液膜密封稳态性能研究

针对油气混输工况密封腔内含气率变化所引起的液膜承载力不稳定问题，考虑密封腔内油气两相介质的互溶性特征，将溶解度方程引入包含Jakobsson–Floberg–Olsson (JFO)边界条件的广义稳态Reynolds方程，建立了考虑甲烷溶解效应的液膜密封润滑模型.采用有限差分法求解该溶解润滑模型，研究了液膜压力、甲烷溶解度及油相黏度之间的相互影响机制.在不同的螺旋槽结构参数与工况条件下，对比分析了甲烷溶解效应对液膜密封机理及密封性能的影响.结果表明：甲烷溶解效应在液膜高压区对油相黏度影响大；考虑甲烷溶解时所得的液膜开启力减小、空化率增大、摩擦系数增大以及泄漏量减小，且液膜动压效应越强时甲烷溶解效应对密封性能的影响越大.在高压及输送油气介质时，气体溶解对密封性能的影响不可忽略.     

考虑气核生长溃灭效应的螺旋桨梢涡空化初生数值模拟研究

梢涡空化是螺旋桨最早发生的空化类型,其一旦发生会显著增强舰船辐射噪声水平.因此,螺旋桨梢涡空化初生的预报是军舰临界航速确定的关键,长期以来受到船舶领域诸多专家学者的重点关注.微观气核受涡心低压作用而发生暴发式生长是梢涡空化初生的重要机制,而传统欧拉框架下的宏观空化模型用经验参数模化了微观气核的影响而无法对该过程准确模拟,影响对螺旋桨空化初生的准确预报.为了弥补传统模拟方法的不足,本研究发展并使用一种基于气泡动力学并考虑水相可压缩效应的欧拉-拉格朗日空化初生数值预报方法对螺旋桨梢涡空化初生进行了数值模拟研究.与实验结果对比表明,该模型能够准确地预报螺旋桨梢涡空化初生.此外,本研究不仅从微观气核角度探究不同来流气核尺寸对空化初生的影响,还进一步研究梢涡流动特性对气核演变的影响机制,初步探究初生空化在螺旋桨梢涡流场中的发声机理.在空化初生光学判断准则下尺寸越大的气核越容易被梢涡捕获而暴发式生长.气核在梢涡卷吸作用下逐渐靠近涡心低压区.在涡心低压区的持续作用下气核开始暴发式生长,并在半径达到最大后迅速收缩溃灭,产生强烈的正声压脉冲信号.     

用碘释放法研究双束超声辐照的脉冲空化峰

本文使用双束同频脉冲超声水平正交辐照,通过磺释放法检测,发现双束同频水平正交辐照亦可观察到明显的空化峰现象及声化学产额增长。