空泡流非稳态现象的流动控制

处于跨临界阶段的空泡流必然导致强烈的周期性冲击和振动,空泡流的激振来源于空泡云的周期性大规模脱落,空泡云的形成和发展与流动的边界层效应有着强烈的相关性,且空泡末端的局部流动直接影响空泡流的整体稳定性,本试验在NACA16012水翼表面粘附一条展向1mm厚10mm宽的挡流条,尝试以干扰水翼上表面局部流动的方法来影响整个空泡流的形态及其流动稳定性,最终在一定的空泡数范围内抑制了空泡流激振现象,并从试验研究的角度探索了空泡云脱落的机理。     

细长体后部非定常超空泡研究

采用积分方程方法,研究了轴对称细长体后部非定常超空泡问题.应用时间有限差分离散化方法,对积分方程进行了求解.以细长锥体空化器为例,文中分别给出了当锥角和空化数改变(简称扰动)时,空泡长度和形状的变化规律.当流场周期扰动时,分析计算了超空泡的尺度变化.分别采用本文方法和理论公式,对空泡长度与空化数的关系曲线进行了对比.数值结果表明,扰动周期越短,空泡长度的变化越小;在相同的扰动频率下,空泡越长,时间滞后越长;空泡长度相同时,扰动频率越高,时间滞后越长.在高频脉冲扰动下,有脉冲波形沿着空泡表面传播,其传播速度为来流速度.在周期小扰动情况下,扰动波形沿着空泡表面传播,传播速度也是来流速度.本文得到的数值结果为水下航行体空化器的分析和设计提供参考作用.     

用E-L方法计算圆平头物体垂直入水空泡的面闭合和深闭合

本文根据非线性自由面理论,用E-L方法计算了圆平头物体垂直入水空泡发生、发展、面闭合、拉离和深闭合等一系列连续变化过程。空泡中气体流动分为三个阶段加以处理。采用Riabouchinsky映象板模型,初步解决了高F_r数下数值模拟空泡深闭合的困难。计算结果表明,对于给定的物体头型,F_r数、空气出度数、物体质量数是影响入水空泡发展过程的主要因素。     

空化器出水非定常垂直空泡的研究

对空化器朝水面高速运动产生的非定常垂直空泡进行了理论研究. 建立了受水面和重力影响下的水下垂直空泡长度变化数学方程, 从方程中导出了非定常垂直空泡长度计算公式, 利用公式计算了空化器出水后空泡从脱落、收缩到溃灭的时间. 对带空化器的航行体, 公式还可以计算脱落空泡溃灭高压作用在航行体上的位置, 最后给出了避免溃灭高压作用在航行体上的条件和判据.     

近固壁微米尺度空泡溃灭的数值研究

考虑空泡表面张力、液体黏性和气体可压缩性,采用VOF多相流模型对近固壁微米尺度空泡在静止流场溃灭过程进行了数值研究.获得了近固壁空泡溃灭过程的流场细节,分析了空泡与固壁的无量纲距离γ对空泡溃灭过程动力特性的影响,并揭示了不同γ条件下的固壁空蚀破坏机理.计算结果表明:随着γ的减小,泡心向固壁移动的趋势明显,射流形成前空泡上部高压区内压力减小,空泡溃灭时间延长,最大射流速度减小.模拟结果验证了空泡溃灭将产生冲击波和高速微射流,二者均会在固壁面产生脉冲压力,其是造成壁面损伤的两种主要原因.参数γ对固壁的空蚀破坏机理有重要影响.与微射流机制相比,以冲击波机制为主的空蚀破坏更显著.微射流冲击固壁的作用半径为10μm左右,将引起固壁"点"蚀坑的出现.当γ=2.0时,冲击波扫掠壁面的范围相对较广,有效作用半径约为1 mm,其导致固壁产生较大圆形蚀坑,且中心空蚀严重.     

回转体局部空泡绕流的非线性分析

基于面元法, 通过在回转体和空泡壁面放置源汇,对回转体定长局部空泡的绕流问题进行了分析和讨论,并提出了求解回转体局部空泡绕流“正问题”的方法。计算结果表明：所给出的方法具有快速收敛的特征,第1次迭代和最终收敛时空泡壁面切向速度的误差不超过5％;随着回转体面元总数N的增加,局部空泡的空泡数σ趋于稳定;通过比较可知,该方法得到的理论估算值与实测值的一致性较好。     

淹没磨料射流的空泡运动分析

通过对淹没条件下磨料射流的空泡运动分析研究,建立了淹没磨料射流的空泡运动方程,揭示了淹没磨料射流中空泡的溃灭特性,数值模拟了淹没磨料射流的磨料体积浓度以及空泡所处流场压力对空泡运动及溃灭的影响规律.分析表明:淹没磨料射流中磨料的存在增大流体的粘性系数,增大空泡溃灭历时,减弱射流的空蚀破坏能力;流场压力的改变对空泡溃灭过程影响显著,压力越高,空泡溃灭历时越短.     

轴对称空泡流的脉动性态研究

本文采用高速摄影技术对定常来流中１／４平头轴对称体的不稳定的空泡形态特征进行了水洞试验研究。试验结果揭示了由于空泡形态断裂而产生的低频脉动现象，这一现象在跨空泡流情况下尤为明显，常使空泡长度和厚度在大幅范围内拟周期地变动，其频率特性比较稳定，有别于空泡末端局部泡团脱落而产生的脉动。     

非定常圆柱绕流的实验研究

本文采用流场显示方法研究单圆柱在非定常流动中的涡旋脱落规律。实验结果表明：在不同的ＫＣ数（ＫＣ＝Ｕ∞Ｔ／Ｄ）下，非常圆柱绕流的涡旋脱落特性是不相同的，一般随ＫＣ数值的增加，其涡旋脱落对数也增加，但有明显的阶梯性，同时圆柱分离点的周期变化后于流场的变化。     

液腔体中气体射流冲击压力的实验测量

对充液腔体中气体射流的冲击效应进行了实验研究. 测量结果表明了冲击压力的瞬态最 大值、稳态平均值和脉动值随喷管进口压比的增加而增加，冲击区是主要的噪声源和动态压 力承载部位. 通过充气与充水两种状态的对比实验，还揭示了腔体充水时气体射流冲击压力 出现一个上冲阶段，其瞬态最大值比充气值有显著的增加.     

二维扩压叶栅非定常分离流控制途径探索

二维扩压叶栅非定常黏性数值模拟结果表明,在一定攻角范围内,叶片前缘点附近的周期性吹吸气激励能有效控制混乱的非定常分离流．详细研究了非定常激励频率、幅值、位置对流场的影响．满足一定条件的非定常激励能够使流动由无序变为有序,时均气动性能提高。     

包覆电磁场激活板的圆柱尾迹的数值研究

利用电磁场作用于电介质溶液的Lorentz力可以控制溶液的流动.对置于弱电介质溶液中,包覆电磁场激活板的圆柱周围的绕流进行数值研究,讨论了电磁场激活板的安装位置,激活方式等对圆柱尾迹的影响.     

旋风分离器压力损失及减阻杆的研究

本文介绍通过安装旋风分离器减阻杆前后压力损失及分离效率的测定，了解减阻杆对分离器性能的影响．根据流场测定结果，分析了减阻杆的减阻机理及减阻杆减阻时可保证分离效率的原因．     

关于用扰动速度图法求解对称楔超空泡绕流的一个注记

本文给出了文献[1]中对称楔超空泡绕流的阻力系数计算公式。此公式与平板绕流的试验结果[2]及Lindsey[3]的对称楔的试验结果非常吻合。     

明渠非定常水流的垂向结构实验研究

本文报告了明渠非定常水流垂向结构的实验研究,通过 LDV 激光测速,我们给出了非定常水流的速度削面,湍流度,Eulerian质量输运速度的垂向分布。实验结果表明:在非定常周期很长时非定常流动的速度剖面,湍流强度及其粗糙度的影响基本上与定常流动相一致,当非定常流动为纯往复流动时,存在一个逆时针方向的环流,这种环流有利于底部的质量输运。     

欠膨胀高速射流的压力均一化过程

发展了分析欠膨胀高速湍流射流近场特性的数值,计算了不同背压比条件下声速喷管出口附近膨胀区的激波胞格结构,揭示了压力一化过程的的机制。