旋转体空化流场的数值分析

旋转体空化流场的数值分析

一、回转体空化流场的数值分析(论文文献综述)

周东辉[1](2021)在《水中多连发射弹的超空泡流动特性研究》文中研究指明水中多连发射弹的超空泡流动问题来源于水下枪炮的连续发射、反潜火箭对同一位置的连续攻击、潜射导弹等海战背景,具有很强的工程应用价值。超空泡射弹连续高射频发射时,由于射弹彼此形成的超空泡流场相互作用、影响,引起了复杂的水动力特性,使得超空泡射弹的运动特性受到干扰,这与水中单发射弹的超空泡有很大的区别,它既包含单发射弹的超空泡流动特性,又有自身特殊的复杂性。迄今为止,这些问题很少被人详细研究过。本文采用数值模拟和理论分析相结合的方法对水中多连发射弹的超空泡流动特性进行了系统深入的研究,重点分析了超空泡彼此之间的相互作用规律。主要研究内容如下:(1)建立了适用于求解水中多连发射弹超空泡流动问题的数值计算方法,并进行了有效性验证。基于求解混合介质的雷诺时均的Navier-Stokes方程(RANS),引入VOF多相流模型、RNG k-ε的湍流模型、Schnerr-Sauer空化模型,建立了计算近自由面两连发射弹超空泡流动的数值计算方法,并与文献中的实验结果进行了对比,两者吻合较好,证明了该数值计算方法的可靠性。在上述数值计算方法的基础上,通过UDF和动网格技术实现了射弹的运动方程与流体的雷诺时均的N-S方程耦合求解,建立了可求解水下两连发和三连发射弹水平运动、两连发射弹出入水过程中流场和运动参数的数值计算方法,将计算结果与文献中的实验结果进行了对比,两者吻合较好,从而验证了该数值计算方法的可靠性。(2)开展了水下两连发和三连发射弹水平运动过程的超空泡流动特性研究,发现了连发射弹非定常超空泡演化的一些新现象,获得了超空泡的演化规律,给出了连发射弹超空泡速度场和压力场的分布,分析了超空泡流场彼此之间的相互影响规律,揭示了尾空泡的溃灭机理,结合超空泡的演化规律,分析了超空泡演化过程对连发射弹流体动力特性和运动特性的影响,得到了不同初始空化数条件下水下两连发射弹的超空泡演化特性、流体动力特性及其运动特性。研究表明,受前一发射弹超空泡流场的影响,后一发射弹能够进入到前一发射弹的超空泡内部并且最终两发射弹发生追尾碰撞。(3)对近自由面两连发射弹诱导的超空泡流动进行了研究,获得了近自由面两连发射弹的超空泡演化特性和流场分布特性,分析了自由面对超空泡发展的影响及其超空泡彼此之间的相互作用规律,讨论了两连发射弹超空泡的兴波效应,探究了不同水位、空化数对两连发射弹超空泡流动特性的影响规律。研究发现,超空泡演化经历了空泡各自独立发展、前发射弹超空泡尾部溃灭、后发射弹超空泡头部变形、两个超空泡互相融合与分离、尾空泡溃灭等过程;当射弹非常接近自由面时,超空泡发展过程中还发生了空泡尾部上方水层破碎,出现了通气超空泡的现象。(4)针对两连发射弹入水问题,获得了两连发射弹入水的超空泡演化特性、入水过程的流场变化规律及其射弹的流体动力特性,分析了入水空泡流场彼此之间的相互影响规律,结合超空泡演化规律,分析了超空泡演化过程对两连发射弹入水速度衰减、入水深度变化的影响,探究了射弹间距对两连发射弹入水的影响。研究表明,后发射弹入水撞击阶段受到的冲击载荷比前发射弹的小,前、后发射弹各自诱导的空泡相互融合成1个空泡,后发射弹最终完全被超空泡包裹。(5)针对两连发射弹出水问题,重点研究了前发射弹的超空泡流场对后发射弹空泡流场的干扰规律,获得了两连发射弹的超空泡演化特性、射弹及超空泡周围的流场变化以及射弹的流体动力特性,分析了超空泡演化过程对两连发射弹运动的影响。研究表明:前发射弹诱导的超空泡遇到自由液面后被剥离在水面下,而前发射弹甩掉水层后进入到空气中飞行,在前发射弹剥离的超空泡的影响下,后发射弹会发生脱离自身超空泡、进入前发射弹超空泡、超空泡溃灭、生成新的局部超空泡等行为。基于本论文的研究结果,将能为分析更复杂工况下的流场提供必要的支撑,也可为相关工程设计提供一定的参考。

宋志杰[2](2020)在《回转体垂向和斜向入水的物理试验和数值模拟研究》文中提出结构物入水的应用范围涵盖航天、船舶和水中兵器等高尖端科技领域,如鱼雷空投、反潜射弹的入水和水下步枪射击等,日常民用生产生活中有跳水等。入水运动对结构物的运动和载荷会产生重大影响,比如高速运动和空化效应,但由于目前的研究程度有限和研究存在一定的困难,因此,入水运动的流固耦合问题具有极重要的研究价值。本文采用实验和数值结合方式对回转体斜向入水进行了计算分析。对回转体入水进行物理试验研究。研究不同角度高速入水的回转体运动规律和空泡特征。首先介绍了回转体的几何尺寸和实验装置,利用高速摄像机,采用不同类型的回转体进行多次试验。对高速垂向和斜向入水时回转体运动和弹道变化进行了研究。此外在弹道保持稳定情况下,对回转体入水产生的自然超空泡演变过程进行了观测。实验发现自然超空泡的扩张-收缩变化过程。利用商业软件STAR-CCM+对回转体的垂向入水进行数值模拟。基于计算流体力学方法,采用重叠网格和6-DOF方法模拟入水过程,利用合适的网格尺寸和时间步长方案分析耦合运动,对回转体入水进行了计算有效性的验证。通过实验和CFD结合的方法,对回转体的入水进行了研究。利用商业软件STAR-CCM+对回转体的斜向入水进行数值模拟。弹道偏转角和回转体参数对入水过程中的弹道稳定性和砰击载荷会存在影响。分析不同参数的回转体以不同角度入水的运动特性,获取空泡轮廓,得到回转体阻力和阻力系数,并分析典型时刻的流场以及压力分布情况。对回转体入水时速度方向与轴向方向存在夹角时的偏转运动进行计算,按照初始偏转夹角大小分成小幅偏转和大幅偏转运动,对回转体偏转入水过程进行数值模拟,得到在不同夹角下的回转体运动和阻力变化,分析回转体出水运动过程中回转体头部的压力变化规律。

王立夫[3](2019)在《双腔室自激振荡脉冲空化射流的数值分析》文中研究表明自激振荡脉冲空化射流作为一种新型水射流技术,广泛应用于大型油罐底泥清洗、船体清洗、湖泊油污清洗以及破岩碎石、油气开采等工业领域。在工程应用中,发现喷嘴结构直接影响着自激振荡脉冲空化射流的清洗效率,为此本文在单腔室自激振荡脉冲喷嘴的基础上,提出建立串联式双腔室自激振荡脉冲喷嘴,通过对其内、外流场进行数值模拟,优化喷嘴的结构参数,旨在提高喷嘴空化程度和射流的冲击力,改善罐底、船体及锈迹的清洗效果,因此本文的选题和研究具有重要的工程应用价值和理论意义。通过对Helmholtz单腔室结构喷嘴、风琴管单腔室结构喷嘴、双腔室结构喷嘴内流场的数值模拟,发现双腔室结构喷嘴的空化程度和清洗效果明显优于单腔室结构喷嘴,因此提出将Helmholtz单腔室结构喷嘴与风琴管单腔室结构喷嘴前后串联以建立一种新型串联式双腔室自激振荡脉冲喷嘴。对建立的串联式双腔室结构喷嘴,首先进行不同来流雷诺数、腔长比、腔径比等参数条件下的内部流场数值模拟,结果表明:当来流雷诺数从Re1=2.98×105增大到Re4=4.31×105时,喷嘴腔室内空化程度先增大后减小;当腔长比Q=0.67或腔径比W=1.20时,喷嘴腔室内空化程度高,同时腔室内具有对称度高的速度涡环,可以促进脉冲空化的发生;当前后腔室腔距l2=30mm时腔室内湍动能变化剧烈,说明有能量的大量交换;进出口直径比D为0.32~0.75时腔室内空化程度先增后减,进出口直径比的改变对产生脉冲影响较为剧烈;当腔室角度θ=60°时,在一个计算周期中30ms~90ms内腔室内湍动能变大,说明能量交换剧烈,90ms~150ms内湍动能减小并趋于稳定,说明这时空化已趋于稳定;当腔长为40mm、腔径为120mm时腔室内速度涡环对称度高,有利于能量输出。其次,在改变进口入射压强、靶距、腔长比等参数条件下对串联式双腔室结构喷嘴的外部流场进行数值模拟,发现当进口入射压强从1.1MPa增加到4.4MPa的过程中,压强每增加1倍时速度增加20~76m/s;随着靶距从100mm增加到400mm,空化程度先增大后减小,当靶距为400mm时空化泡在空气中溃灭无法作用在清洗物表面,而靶距为300mm时清洗效率最优;当腔长比Q=0.67或腔径比W=1.20时,在清洗物表面均产生较高的动能,因而清洗效果好;前后腔室腔距l2=30mm或进出口直径比D=0.43时,清洗物表面速度分布较均匀,清洗效果较理想;当腔室角度θ=60°时清洗物表面具有较高的动能,因此具有较好的清洗能力;当腔长为40mm、腔径为120mm时表面具有较大的冲击力,清洗效率高。通过对建立的串联式双腔室结构喷嘴的内、外流场进行数值模拟,获得串联式双腔室喷嘴结构的优化参数,不仅提高了喷嘴空化程度和射流的冲击力度,改善罐底、船体及锈迹的清洗效果,也为自激振荡脉冲空化射流的工程应用提供一种新方法。

冯雨婷[4](2019)在《空化射流清洗器简化流场数值模拟及试验研究》文中提出空化射流清洗是将空化作用引入水射流技术中而形成的清洗技术,具有安全性高、适用于长距离输送流体的管道和环保等优点,清洗过程中管道的污垢在空化产生的强压力和强射流的反复作用下出现变形和剥蚀,从而实现清洗作用。本文以空化射流清洗器简化模型为研究对象,分析单个空化泡在高压驱动下的溃灭过程,同时对清洗器简化模型的流场特性进行了详细分析,具体内容如下:基于VOF模型捕捉汽液相交界面,考虑质量转换和热力学效应,采用相变模型来计算空化泡的溃灭和回弹过程。通过对比不考虑相变和考虑相变的计算结果,分析了不同时刻的空化泡形态以及流场内的压力分布和温度分布等特性变化规律。结果表明:不考虑相变的溃灭过程流场内最大压强达到1105 MPa。当考虑相变时,溃灭过程流场内最大压强为238 MPa,最大温度为2416 K,空化泡回弹到初始半径的21%左右,相变模型可以模拟单个空化泡的溃灭和回弹过程。建立了空化射流清洗器的二维对称流场模型并进行瞬态数值模拟。采用UDF技术设定变压力边界条件,分析了入口压力对简化流场产生稳定空化的影响。结果表明:当入口压力p从0.1 MPa变化至0.6 MPa时,清洗器与管道的间隙处为清洗器产生空化效应的主要区域;当入口压力p超过0.7 MPa时,清洗器下游的局部涡流与大尺度涡流合并形成较大团簇。基于重叠网格技术,分析了在清洗器不同速度下简化流场的压力、速度和两相分布变化规律。结果表明:当清洗器运动速度v小于0.191 m/s时,随着清洗器运动速度的增大,流场内的涡流效应较强,简化流场特性呈现不规则变化;当清洗器运动速度v大于0.191 m/s并稳定在0.277 m/s后,清洗器与管道的间隙附近粘性力和剪切力达到平衡,简化流场内空化效果趋于稳定。通过射流冲击试验、摄像法、压力分布测试法对空化射流清洗效果进行试验。研究中对不同工作压力下冲击试件的表面形貌、表面粗糙度进行了检测,对空化长度、不同位置处的流场压力变化规律进行了试验测试。结果表明:随着工作压力p的增大,冲击试验后试件表面的微型凹坑尺寸和表面粗糙度逐渐增大,清洗器的空化区域扩大,负压效果增强。

卢盛鹏[5](2019)在《主动射流抑制空化的数值分析与实验研究》文中研究表明不可控的空化危害广泛而严重,在水力机械领域,空化往往会带来一些严重的负面效果,例如振动、噪声、性能下降,设备腐蚀等。核主泵是核电系统的核心,需要完全避免空化现象对核主泵的危害,因此水翼绕流的主动射流抑制空化的研究不仅对泵叶片设计具有指导和参考意义,也能够加深对空化流动机理的认识,同时对实现空化的控制也具有重要意义。本文针对NACA66(MOD)水翼开展主动射流抑制空化的实验,并结合CFD数值仿真揭示了主动射流抑制空化机理,本文的主要结论如下:采用实验研究了射流对片状空化和云状空化的空化形态影响。应用高速全流场可视化技术观测了空化流场形态。结果表明,射流能够高效削弱空化。对于片状空化,射流能够显着抑制,使时均无量纲空化面积大幅减小,但射流对片空化的振荡频率的影响不大;对于云状空化,射流能够有效削弱空化强度,使时均无量纲空化面积减小,减小空泡脱落频率,但水翼尾缘依然存在空泡脱落现象。空化是剧烈的湍流流动现象。基于实验结果,采用FBDCM湍流模型(密度分域的滤波模型)与近年来空化领域广泛使用的湍流模型对比,证实FBDCM湍流模型结合ZGB空化模型能够准确捕捉空泡脱落细节,同时模拟空化区形态和脱落频率与实验吻合良好。此后,开展了云状空化抑制机理的研究,结果表明,射流改变了吸力面的压力和速度分布,使低压区的压力得以提升,尾缘逆压梯度减小,压力脉动减小,速度边界层变薄,抗逆压梯度增强,进一步使得涡量输运过程中涡旋拉伸项、涡旋膨胀项和斜压矩项减小,从而涡脱落现象减弱,而斜压矩项减小使得汽液交界面变小。通过空化稳定性的一维分析可知,压力脉动与进出口流量差的一阶导数成正比,与空腔体积加速度的二阶导数成正比。射流抑制空化的本质是,射流使得空化过程中低压区的压力提高,改变了空化本身的固有频率,使流场压力脉动减小,相变速率减小,因此空腔体积减小,空化得到抑制。

刘斌[6](2019)在《小尺度水下航行体超空化现象的实验及仿真研究》文中进行了进一步梳理空化是指水中运动体在高速运动时其附近的流体压力低于此状态下的饱和蒸汽压而产生的汽化现象,或者人为利用通气装置使运动体表面覆盖一层不可凝结的气体而形成含汽或气的低密度空穴的现象,当空泡能够完全包裹航行体时就形成了超空泡。由于超空泡能够使航行体基本被气体完全包裹,只有头部以及尾部的小块表面直接接触流体,极大减小了航行体的粘性阻力,使其阻力较全沾湿状态时减少90%以上,因此航行体的速度会显着提高。目前,超空泡减阻技术是水下减阻最有效的方法之一,本文通过实验与数值研究手段,对小尺度水下航行体的超空化现象进行研究。首先,设计了射弹实验装置并进行了并进行了超空化现象实验。分析总结了已有射弹实验装置的优缺点,确定了超空化射弹实验装置设计方案,搭建射弹实验装置;通过射弹实验,采用高速摄像机捕捉了自然超空泡的生成过程及其发展规律;将实验结果与数值仿真结果进行了对比,验证了数值模型及仿真方法的正确性。其次,借助于数值仿真方法对固定形状的空化发生器的空化现象进行了研究,包括圆盘、半球和圆锥型。基于Schnerr-Sauer自然空化模型,对不同头型航行体的超空泡形态和阻力特性进行了仿真研究,分析得到了超空泡尺寸参数和阻力特性与圆盘、半球头型航行体直径或圆锥头型航行体锥角之间的关系,对比分析了各类头型空化特性和阻力特性的优劣,并对各类头型航行体的自由闭合和非自由闭合超空泡形态的发展规律进行了比较研究,发现自由闭合的超空泡总体尺寸基本一致。然后,利用动网格技术对形状可调节空化器进行了数值研究,从空化特性及阻力特性上分析了传统可调节空化器的优缺点,在圆盘与圆锥头型超空泡流研究的基础上设计了新型可调节空化器并进行了数值分析,发现新型可调节空化器空化特性相似,但有更好的阻力特性。

陈铠杰[7](2019)在《基于OpenFOAM的水翼及螺旋桨空化流数值模拟计算》文中指出空化是一种由于液体局部压力低于该温度下饱和蒸汽压而导致的液体剧烈汽化现象,一般发生于水翼、螺旋桨、舵等高速运动或高速旋转的流体机械表面。空化的产生往往会造成严重的水动力性能损失,并且还会伴有剥蚀、噪声、振动等不利影响。因此,空化问题一直是水动力研究中的热点方向。空化问题的研究对象,最早期为一些几何形状简单的回转体或翼型,譬如圆柱空化流、二维水翼空化流等等。大批学者针对这些模型做了全面的实验研究,给出了丰富的实验数据,成为了后续研究人员进行空化研究的标准算例。而对于螺旋桨这类复杂模型的空化研究则是起于九十年代,在近十年来有了显着的发展。由于其物理问题的复杂性,目前十分依赖于模型试验,凭借经验和模型试验数据进行空化性能研究。这种方法十分直观,但是代价高,存在尺度效应,试验周期长,因此螺旋桨空化研究的数值模拟方法变得越来越受人重视。本文立足于开源程序平台OpenFOAM,采用该软件下的空化流求解器interPhaseChangeFOAM对圆柱、二维水翼及三维水翼的空化流进行模拟,并采用基于动网格的空化流求解器interPhaseChangeDyMFOAM对螺旋桨空化流进行数值预报。首先本文给出了空化流数值模拟的控制方程。由于空化流问题属于存在相变的两相流问题,它的控制方程包含连续性方程,动量方程,相方程以及质量传输方程共计四组方程,对这些方程进行了详细推导。之后对质量传输方程即空化模型进行了详细说明,对Singhal、SchnerrSauer等主流的基于输运方程的空化模型进行了介绍并给出推导过程。然后介绍了本文所用的湍流模型,并对粘性修正SST k-omega模型做出了解释。通过对圆柱定常空化流的模拟验证了求解器的可靠性,之后重点对二维水翼的非定常空化进行预报,模拟出了空化生长、脱落等现象,总结了非定常空化周期性变化的规律。结合空化形态、空化脱落频率对不同湍流模型进行了评价,最终验证了粘性修正SST k-omega模型的可靠性,并将其推广至三维水翼,在三维水翼TWIST-11N的模拟中也获得了满意的效果,成功模拟出了马蹄空化等典型的空化形态。通过对水翼空化流流场的速度矢量图进行分析后发现,对于二维水翼NACA0015,尾部回射流是导致空化脱落的主要原因。而对于三维扭曲水翼TWIST-11N,不同于二维工况,三维空化流会出现两类脱落,本文将其称为主脱落与次脱落,这两类脱落分别由尾部回射流和侧向射流导致。对于螺旋桨的空化流模拟采用了基于动网格的空化求解器,研究采用的是标准算例桨PPTC。针对该桨,在实验提供的三个不同工况下,对该桨均匀来流下的空化流场进行了预报,对比了有空化及无空化情况的水动力性能参数,证明了空化会带来螺旋桨的推力性能损失,并依据桨叶压力图,分析了产生推力损失的原因在于空化的产生抑制了低压区的范围。

徐思博[8](2019)在《回转体高速入水瞬态流固耦合载荷与弹道特性研究》文中研究说明在船舶与海洋工程领域,回转体高速入水有着重要的应用,而该问题存在强非线性、气-汽-液-固的多相流耦合、流场随机性等若干难题有待攻克,其中结构响应、入水弹道控制等问题,始终为各国学者争相研究、广泛讨论的热点话题。回转体高速入水过程中,入水砰击瞬间的结构弯矩以及轴向冲击极有可能使回转体敏感元器件受损。水下航行过程中,由于忽扑、尾拍等现象的存在,产生的径向载荷可能使得回转体结构发生弯曲破坏。同时,回转体水下运动的最大深度以及回转体俯仰角的变化,对回转体进一步的主动控制存在很大的影响。这一系列的问题都是结构入水过程中人们关注的,研究的,亟待解决的关键所在。本文基于瞬态流固耦合理论,借助LS-DYNA软件,采用任意欧拉-拉格朗日(ALE)分析方法,建立回转体高速入水运动数值模型,并开展了机理性试验,验证了计算模型的有效性。在此基础上,分析不同入射角度下回转体的载荷受到回转体头型、回转体质心位置、初始速度及尾推力的影响规律,揭示了回转体结构入水过程中的运动响应特性、弹道变化特性机理,为高速入水航行体的结构设计和姿态控制提供参考。针对回转体高速入水问题,通过数值仿真和理论分析,分别针对俯仰角为90°的垂直入水以及俯仰角为45°的斜入水两种情况,研究了回转体头型、质心位置、初始速度三种输入参数对入水砰击瞬间的冲击响应规律、入水过程中的轴向冲击载荷以及截面弯矩载荷的影响规律,揭示高速入水过程冲击响应与载荷作用机理。针对回转体高速入水弹道特性,研究了诸多工况下的弹道忽扑特性及其与回转体头型、质心位置、初始速度的关联性,并分析了空泡演化与回转体弹道之间的耦合作用。通过对回转体结构入水带深以及回转体忽扑速度的对比分析,对回转体高速入水水下弹道特性进行总结。分析了回转体小角度入水时存在的“跳弹”现象,对其中的典型载荷变化以及自由液面飞溅现象进行阐述。然后对于携带尾推力的回转体结构高速入水复杂流固耦合过程,分析了不同初始速度斜入水回转体结构载荷变化规律以及弹体忽扑运动规律,探讨尾推力的存在对于入水过程的影响。

张明[9](2018)在《回转体入水冲击运动响应数值仿真与半理论公式预报研究》文中研究表明结构入水问题一直是学术研究者关注的典型工程问题,结构入水研究在航空航天、船舶海洋等领域都具有十分广泛的应用,结构在入水过程中与水面接触时产生剧烈的冲击载荷,冲击载荷可能导致结构的局部破坏或整体破坏,也同时会对结构物的入水运动轨迹产生影响。准确的预测入水轨迹以及入水产生的砰击载荷是研究入水问题亟需掌握的关键技术之一。本文采用耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)分析方法,结合Abaqus软件的用户二次开发,实现对于回转体结构入水过程的数值模拟。分析结构响应受到入水初始攻角、初始速度角、初始速度及浪流载荷作用的影响规律。为了防止入水触底或结构破坏,提出通过改变初始入水条件以降低入水过程中的垂向位移和加速度载荷的可行性方案,为船舶与海洋结构物的结构设计和优化提供参考。首先,根据回转体结构入水的特点,选取了CEL分析方法作为研究结构入水的数值分析方法;应用CEL方法对回转体结构入水冲击响应以及入水空泡特性进行了仿真模拟,并与实验结果和其他数值方法进行对比,验证了模型的正确性和高效性;结合Abaqus软件的二次开发,建立了回转体结构入水冲击有限元数值仿真模型及回转体结构入水仿真分析程序。其次,应用CEL方法针对于静水条件下回转体结构入水响应特性进行分析。选取结构入水典型工况的冲击响应进行详尽分析说明,对于结构入水过程中出现的典型现象进行描述;之后开展初始入水攻角、初始入水姿态角和初始入水速度对于入水冲击特性影响的研究,提取结构入水的结构响应变化并总结回转体入水初始条件对于入水响应的影响规律,提出通过改变入水初始条件以降低入水响应的可行性方法。再次,在静水条件下入水冲击响应数值仿真分析结果的基础上,研究了入水冲击响应半理论公式预报方法。根据结构入水的初始条件,对结构体入水的速度衰减曲线进行理论预报;在已有的数值仿真结果的基础上,分析初始入水速度和初始攻角对于加速度峰值变化的影响规律,归纳得到无因次速度因数和无因次攻角因数并绘制加速度峰值预报曲线公式;根据无因次速度因数和无因次攻角因数,推导加速度载荷峰值随初始速度和初始攻角变化的预报曲面公式。最后,应用CEL数值模拟方法针对存在浪流作用的海况下回转体结构入水开展研究工作。分析了只存在波浪的情况下,入水位置和波高对于结构入水响应的影响;分析了只存在海流的情况下,海流流向对于结构入水响应的影响。在前文研究的基础上,将浪流作用叠加在一起,分析浪流联合作用的复杂海况下,结构入水冲击响应受到的影响。为复杂浪流海况下结构入水过程设计提供降低垂向位移或加速度峰值的参考方案。

黄彪,吴钦,王国玉[10](2018)在《非定常空化流动研究现状与进展》文中研究说明针对非定常空化流动数值计算模型,总结了不同气液相间传输模型对模拟空穴发展和空泡脱落过程的影响,发现不同空化模型对于非定常空化流场的不同区域的预测有着明显的差异.建立了一种基于混合密度分域的空化流动计算模型,合理预测了空泡脱落时刻翼型尾部的不稳定脉动区.通过考虑空化流动的湍流多尺度与多相局部可压缩特性,提出了一种基于混合密度分域的混合湍流模型,预测结果与试验结果吻合更好.综合回顾试验与数值计算方面的研究工作,围绕空化流动特性与动力学问题,主要从非定常流场空穴形态、流动结构、空化流体动力等几个方面对非定常空化流动机理及相应研究成果进行了较为详细地评述和讨论.最后,基于非定常空化研究的发展趋势和进一步研究可能面临的突出问题,对非定常空化流动研究的发展方向进行了探讨与展望.

二、回转体空化流场的数值分析(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、回转体空化流场的数值分析(论文提纲范文)

(1)水中多连发射弹的超空泡流动特性研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
主要符号说明
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景、目的及意义
        1.1.1 课题的研究背景
        1.1.2 课题研究目的及意义
    1.2 超空泡流研究现状与进展
        1.2.1 超空泡流的研究方法
        1.2.2 近自由面的超空泡流动研究进展
        1.2.3 入水超空泡流动研究进展
        1.2.4 出水超空泡流动研究进展
        1.2.5 国内外研究现状简析
    1.3 本文的主要研究内容
第二章 超空泡相关理论及数值模拟研究方法
    2.1 引言
    2.2 超空泡相关理论
        2.2.1 超空泡形成机理
        2.2.2 超空泡的影响因素
        2.2.3 超空泡的形态计算方法
        2.2.4 航行体在超空泡流场中的流体动力
        2.2.5 超空泡航行体的运动及其稳定性控制
    2.3 基于N-S方程的多相流数值计算方法
        2.3.1 基本控制方程
        2.3.2 湍流模型
        2.3.3 空化模型
    2.4 本章小结
第三章 水下多连发射弹水平运动超空泡流动特性研究
    3.1 引言
    3.2 数值计算方法建立与验证
        3.2.1 控制方程的离散与求解
        3.2.2 计算模型与边界条件
        3.2.3 动网格技术
        3.2.4 数值计算方法验证
    3.3 水下两连发射弹典型工况的计算结果与分析
        3.3.1 超空泡形态演化特性分析
        3.3.2 超空泡流场特性分析
        3.3.3 水下两连发射弹的流体动力特性研究
        3.3.4 水下两连发射弹的运动特性研究
    3.4 初始空化数对两连发射弹超空泡流动特性影响研究
        3.4.1 不同初始空化数下超空泡形态的演化特性
        3.4.2 初始空化数对射弹运动及流体动力特性的影响分析
    3.5 水下三连发射弹典型工况的计算结果与分析
        3.5.1 超空泡形态演化特性分析
        3.5.2 超空泡流场特性分析
        3.5.3 水下三连发射弹的流体动力特性研究
        3.5.4 水下三连发射弹的运动特性研究
    3.6 本章小结
第四章 近自由面两连发射弹超空泡流动特性研究
    4.1 引言
    4.2 数值计算方法建立与验证
        4.2.1 控制方程的离散与求解
        4.2.2 计算域、边界条件设置及网格划分
        4.2.3 数值计算方法验证
    4.3 典型工况下的计算结果与分析
        4.3.1 两连发射弹超空泡的发展过程
        4.3.2 自由液面对两连发射弹超空泡形态的影响
        4.3.3 超空泡形状对波浪的影响
        4.3.4 两连发射弹超空泡流场特性分析
    4.4 不同水位对两连发射弹超空泡流动特性的影响
        4.4.1 不同水位下超空泡的发展过程分析
        4.4.2 不同水位下超空泡形态特性与波浪高度的变化规律
        4.4.3 不同水位下射弹周围压力场的变化规律
    4.5 空化数的影响
    4.6 本章小节
第五章 两连发射弹入水过程超空泡流动特性研究
    5.1 引言
    5.2 数值计算方法建立与验证
        5.2.1 控制方程的离散与求解
        5.2.2 计算域、边界条件设置及网格划分
        5.2.3 数值计算方法验证
    5.3 两连发射弹入水过程的流场及运动特性研究
        5.3.1 两连发射弹入水过程的超空泡形态演化
        5.3.2 两连发射弹入水流场分析
        5.3.3 两连发射弹入水过程的流体动力特性研究
        5.3.4 两连发射弹入水过程的运动特性研究
    5.4 射弹间距对两连发射弹入水的影响分析
    5.5 本章小节
第六章 两连发射弹出水超空泡流动特性研究
    6.1 引言
    6.2 数值计算方法建立与验证
        6.2.1 控制方程的离散与求解
        6.2.2 计算域、边界条件设置及网格划分
        6.2.3 数值计算方法验证
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 两连发射弹出水过程的超空泡形态演化
        6.3.2 两连发射弹出水流场分析
        6.3.3 两连发射弹出水过程的流体动力特性研究
        6.3.4 两连发射弹出水过程的运动特性研究
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 研究总结
    7.2 论文主要创新点
    7.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢

(2)回转体垂向和斜向入水的物理试验和数值模拟研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景意义
    1.2 入水问题研究现状概述
        1.2.1 入水实验研究
        1.2.2 入水势流理论研究
        1.2.3 入水CFD研究
    1.3 本文主要研究内容
第2章 回转体入水的实验研究
    2.1 实验设置
    2.2 垂向入水实验研究
    2.3 斜向入水实验研究
        2.3.1 回转体入水弹道偏转分析
        2.3.2 回转体入水空泡轮廓变化情况
        2.3.3 回转体入水速度和位移变化情况
    2.4 本章小结
第3章 回转体入水数值理论
    3.1 入水流场求解方程
    3.2 入水耦合运动方程
    3.3 入水多相流模型
    3.4 入水空化数值模拟方程
    3.5 本章小结
第4章 回转体垂向入水的数值研究
    4.1 楔形体垂向入水研究
    4.2 圆球垂向入水研究
    4.3 回转体垂向入水研究
    4.4 本章小结
第5章 回转体斜向入水的数值研究
    5.1 无弹道偏转时回转体运动情况
        5.1.1 锥角91.5°回转体入水速度实验和数值对比
        5.1.2 不同头型回转体入水空泡轮廓和受力数值分析
        5.1.3 不同角度回转体入水空泡轮廓和受力数值分析
        5.1.4 不同长度回转体入水速度和受力数值分析
        5.1.5 回转体入水典型时刻的流场数值分析
    5.2 弹道偏转时回转体运动情况
        5.2.1 回转体初始小幅偏转运动研究
        5.2.2 回转体初始大幅偏转运动研究
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录 回转体不发生偏转时空泡的演化过程

(3)双腔室自激振荡脉冲空化射流的数值分析(论文提纲范文)

摘要
Abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文研究内容
2 数学模型的建立
    2.1 控制方程
    2.2 湍流模型选择
    2.3 多相流模型选择
    2.4 空化模型选择
    2.5 本章小结
3 自激振荡脉冲空化射流喷嘴内部流场数值分析
    3.1 几何建模及网格划分
    3.2 边界条件设置
    3.3 网格无关性验证
    3.4 喷嘴内部流场数值分析
    3.5 本章小结
4 自激振荡脉冲空化射流喷嘴外部流场数值分析
    4.1 几何建模及网格划分
    4.2 边界条件设置
    4.3 网格无关性验证
    4.4 喷嘴外部流场数值分析
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
作者简历
致谢
学位论文数据集

(4)空化射流清洗器简化流场数值模拟及试验研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 空泡运动的研究进展
        1.2.1 球形气泡理论研究进展
        1.2.2 气泡运动数值模拟研究进展
    1.3 空化流动研究进展
        1.3.1 非定常流场研究进展
        1.3.2 动网格研究进展
    1.4 空化试验研究进展
    1.5 论文主要研究内容
2 基于VOF的单空泡溃灭数值分析
    2.1 控制方程及数值算法
        2.1.1 质量守恒方程
        2.1.2 动量守恒方程
        2.1.3 能量守恒方程
        2.1.4 数值算法
    2.2 单空泡计算模型及边界条件设定
        2.2.1 单空泡计算模型
        2.2.2 初始边界条件设定
    2.3 网格无关性检验
    2.4 计算结果分析
        2.4.1 空化泡溃灭过程的形态变化
        2.4.2 空化泡溃灭过程的压力场分布
        2.4.3 空化泡溃灭过程的温度场分布
    2.5 本章小结
3 空化射流清洗器简化流场的瞬态数值模拟
    3.1 控制方程
    3.2 简化流场数值分析模型
    3.3 入口压力对产生稳定空化的影响分析
        3.3.1 边界条件与解算方法设定
        3.3.2 计算结果与分析
    3.4 基于重叠网格的变速度清洗器流场特性分析
        3.4.1 边界条件设定与解算方法设定
        3.4.2 计算结果与分析
    3.5 本章小结
4 清洗器简化模型空化射流效果试验测试
    4.1 清洗试验原理及设备
    4.2 空化射流冲击试验及结果分析
        4.2.1 空化射流冲击试验方案
        4.2.2 空化射流冲击试验结果分析
    4.3 可视化试验方案及结果分析
        4.3.1 可视化试验方案
        4.3.2 可视化试验结果分析
    4.4 测压采集试验方案及结果分析
        4.4.1 测压采集试验方案
        4.4.2 测压采集试验结果分析
    4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果

(5)主动射流抑制空化的数值分析与实验研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 空化现象的研究现状
        1.2.1 空化实验研究
        1.2.2 空化数值计算研究
        1.2.3 空化抑制研究
    1.3 本文的主要研究内容
2 主动射流对空化形态影响的实验研究
    2.1 实验及参数介绍
        2.1.1 实验水洞
        2.1.2 实验模型及参数定义
        2.1.3 高速全流场显示系统
    2.2 射流对空化流动发展特性影响
        2.2.1 片空化发展特性
        2.2.2 云空化发展特性
    2.3 射流强度对空化形态的影响
    2.4 本章小结
3 空化流动的数值计算方法
    3.1 均相流模型及基本控制方程
        3.1.1 均相流模型
        3.1.2 基本控制方程
        3.1.3 空化模型
    3.2 湍流模型
        3.2.1 标准k-ε模型
        3.2.2 基于标准k-ε模型的滤波模型(FBM)
        3.2.3 基于标准k-ε模型的密度修正模型(DCM)
        3.2.4 基于标准k-ε模型的局部时均化湍流模型(PANS)
        3.2.5 其他湍流模型
    3.3 湍流模型的比选
        3.3.1 计算网格及边界和求解方法设定
        3.3.2 湍流模型的选取及结果验证
    3.4 本章小结
4 射流抑制云空化流动的机理研究
    4.1 数值参数的设置及说明
    4.2 射流对空化形态影响分析
    4.3 射流对空化流场的影响
    4.4 射流抑制机理分析
        4.4.1 空化系统稳定性分析
        4.4.2 压力脉动与空化关系
    4.5 本章小结
结论
展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

(6)小尺度水下航行体超空化现象的实验及仿真研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 超空泡问题国内外发展与研究现状
        1.2.1 数值仿真国内外发展与研究现状
        1.2.2 实验研究国内外发展与研究现状
    1.3 研究内容、待解决的关键问题
        1.3.1 研究的主要内容
        1.3.2 研究主要解决的关键问题
    1.4 研究方案
    1.5 本章小结
第二章 小尺度航行体超空化现象实验研究
    2.1 实验系统介绍
        2.1.1 实验装置
        2.1.2 气动发射系统设计计算
    2.2 实验方法介绍
        2.2.1 实验操作步骤
        2.2.2 实验数据分析方法
    2.3 小尺度航行体自然超空化现象实验研究
    2.4 本章小结
第三章 小尺度航行体自然超空泡的数值仿真研究
    3.1 数值方法介绍
        3.1.1 数值模型
        3.1.2 数值计算方法
        3.1.3 数值计算方法模型及参数设置
    3.2 圆盘头型航行体的自然超空泡数值仿真研究
        3.2.1 不同参数圆盘头型对航行体超空泡的影响研究
        3.2.2 空化数对带圆盘头型航行体超空泡的影响研究
    3.3 半球头型航行体的自然超空泡数值仿真研究
        3.3.1 不同参数半球头型对航行体超空泡的影响研究
        3.3.2 空化数对带半球头型航行体超空泡的影响研究
    3.4 圆锥头型航行体的自然超空泡数值仿真研究
        3.4.1 不同参数圆锥头型对航行体超空泡的影响研究
        3.4.2 空化数对带圆锥体头型航行体超空泡的影响研究
    3.5 圆盘、半球及锥形空化器空化性能研究
    3.6 自由和非自由闭合超空泡的数值研究
    3.7 本章小结
第四章 可调节空化器设计及超空泡特性研究
    4.1 引言
    4.2 传统可调节空化器的数值仿真分析
        4.2.1 动网格技术介绍
        4.2.2 数值仿真分析
    4.3 新型可调节空化器设计及数值仿真分析
        4.3.1 新型可调节空化器设计
        4.3.2 新型可调节空化器数值仿真
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢

(7)基于OpenFOAM的水翼及螺旋桨空化流数值模拟计算(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 空化流模拟的研究现状
        1.2.1 空化流分类
        1.2.2 实验研究现状
        1.2.3 势流模拟方法研究进展
        1.2.4 CFD模拟方法研究进展
    1.3 本文主要工作
第二章 空化流模拟的数值方法
    2.1 空化流动的控制方程
    2.2 基于状态方程的空化模型
    2.3 基于输运方程的空化模型
        2.3.1 Singhal模型
        2.3.2 SchnerrSauer模型
        2.3.3 Kunz模型
        2.3.4 其它空化模型
    2.4 湍流模型
        2.4.1 SST k-omega模型
        2.4.2 粘性修正SST k-omega模型
第三章 OpenFOAM中空化求解器的计算验证
    3.1 空化求解器介绍
    3.2 计算模型及网格布置
    3.3 圆柱定常空化流的模拟及验证
        3.3.1 空化数对圆柱空化流的影响
        3.3.3 顶端导角对圆柱空化流的影响
    3.4 本章小结
第四章 二维水翼NACA0015 空化流数值模拟
    4.1 模型介绍及工况设置
    4.2 全湿流模拟
    4.3 空化流模拟
        4.3.1 高空化数下的数值模拟分析
        4.3.2 低空化数下的数值模拟分析
    4.4 湍流模型对模拟结果的影响
        4.4.1 应用基于RANS方法的SSTk-omega模型模拟结果
        4.4.2 应用基于LES方法的Smagorinsky模型模拟结果
        4.4.3 应用基于RANS方法的修正SSTk-omega模型模拟结果
        4.4.4 不同湍流模型结果的总结分析
    4.5 二维非定常空化的脱落机理分析
    4.6 本章小结
第五章 三维水翼TWIST-11N空化流数值模拟
    5.1 模型介绍
    5.2 工况设置与网格划分
    5.3 TWIST-11N的空化流模拟结果
    5.4 回射流对TWIST-11N空化流演化的影响分析
    5.5 本章小结
第六章 螺旋桨PPTC的空化流动数值模拟
    6.1 模型介绍及工况设置
    6.2 滑移网格验证
    6.3 螺旋桨空化流模拟现象分析
        6.3.1 不同进速系数下空化现象对比
        6.3.2 空化对PPTC桨水动力性能的影响
        6.3.3 推力系数损失的原因分析
    6.4 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 全文结论
    7.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间已发表或已录用的论文

(8)回转体高速入水瞬态流固耦合载荷与弹道特性研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 目的与意义
    1.2 国内外相关研究综述
        1.2.1 回转体入水载荷和弹道的研究现状
        1.2.2 高速入水弹型结构
        1.2.3 存在的问题与难点
    1.3 本文主要研究内容
第2章 高速入水动力学分析及数值方法
    2.1 引言
    2.2 高速入水动力学分析
    2.3 基于ALE的高速入水数值模拟方法
    2.4 回转体入水全过程数值模拟验证
    2.5 本章小结
第3章 回转体高速入水瞬态冲击载荷特性研究
    3.1 引言
    3.2 回转体高速入水载荷的概述
    3.3 不同头型回转体的载荷特征
        3.3.1 斜入水过程
        3.3.2 垂直入水过程
    3.4 不同质心位置回转体的载荷特征
        3.4.1 斜入水过程
        3.4.2 垂直入水过程
    3.5 不同初始速度回转体的载荷特征
        3.5.1 斜入水过程
        3.5.2 垂直入水过程
    3.6 本章小结
第4章 回转体高速入水弹道特性研究
    4.1 引言
    4.2 高速入水回转体运动过程的概述
    4.3 不同回转体头型的忽扑特性与空泡演化
    4.4 不同回转体质心位置的忽扑特性与空泡演化
    4.5 不同回转体初始速度的忽扑特性与空泡演化
    4.6 本章小结
第5章 小攻角与尾推力对回转体高速入水影响研究
    5.1 引言
    5.2 回转体小角度入水现象
    5.3 回转体高速入水中尾推力干扰下的载荷特征
    5.4 回转体高速入水中尾推力干扰下的弹道特征
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(9)回转体入水冲击运动响应数值仿真与半理论公式预报研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究目的及背景
    1.2 国内外研究方法及进展
        1.2.1 理论研究
        1.2.2 实验研究
        1.2.3 数值研究
        1.2.4 存在的问题与不足
    1.3 论文主要研究内容
第2章 回转体结构入水动力学分析及数值仿真方法
    2.1 引言
    2.2 回转体结构入水动力学分析
    2.3 CEL分析方法的特点
    2.4 CEL分析方法的验证
        2.4.1 回转体结构入水响应验证
        2.4.2 CEL与欧拉方法模拟圆柱入水问题结果对比
    2.5 回转体结构入水运动有限元模型
        2.5.1 有限元模型
        2.5.2 材料属性
        2.5.3 流场空化模型
        2.5.4 初始条件及边界条件
        2.5.5 波浪载荷条件
    2.6 针对回转体结构入水的ABAQUS二次开发
        2.6.1 流体空化模型的嵌入
        2.6.2 浪流初始条件及边界条件的设定
        2.6.3 基于Python-Matlab的参数化建模及快速后处理
    2.7 本章小结
第3章 静水条件下回转体结构入水冲击响应分析
    3.1 引言
    3.2 回转体结构入水冲击典型工况分析
    3.3 有初始攻角姿态入水冲击响应分析
    3.4 无初始攻角姿态入水冲击响应分析
    3.5 不同初始入水速度对于静水工况结构入水冲击响应的影响
    3.6 本章小结
第4章 回转体结构入水冲击响应半理论公式预报
    4.1 引言
    4.2 回转体结构运动速度衰减预报
        4.2.1 初始速度影响因素
        4.2.2 初始攻角影响因素
    4.3 回转体结构入水砰击载荷峰值预报
        4.3.1 初始速度影响因素
        4.3.2 初始攻角影响因素
    4.4 本章小结
第5章 浪流作用下入水冲击响应影响分析
    5.1 引言
    5.2 结构入水波面位置对于入水响应特性的影响
    5.3 波浪高度对于对于入水响应特性的影响
    5.4 单向流流向对于入水响应特性的影响
    5.5 浪流联合作用对于结构入水响应特性的影响
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(10)非定常空化流动研究现状与进展(论文提纲范文)

1 非定常空化流动理论及数值计算
    1.1 空化模型
    1.2 湍流模型
2 非定常空化流动特性
    2.1 空穴形态研究
    2.2 流动结构研究
    2.3 空化流体动力研究
3 研究展望

四、回转体空化流场的数值分析(论文参考文献)

  • [1]水中多连发射弹的超空泡流动特性研究[D]. 周东辉. 浙江理工大学, 2021(06)
  • [2]回转体垂向和斜向入水的物理试验和数值模拟研究[D]. 宋志杰. 哈尔滨工程大学, 2020(04)
  • [3]双腔室自激振荡脉冲空化射流的数值分析[D]. 王立夫. 山东科技大学, 2019(05)
  • [4]空化射流清洗器简化流场数值模拟及试验研究[D]. 冯雨婷. 大连海事大学, 2019(06)
  • [5]主动射流抑制空化的数值分析与实验研究[D]. 卢盛鹏. 大连理工大学, 2019(02)
  • [6]小尺度水下航行体超空化现象的实验及仿真研究[D]. 刘斌. 中国石油大学(华东), 2019(09)
  • [7]基于OpenFOAM的水翼及螺旋桨空化流数值模拟计算[D]. 陈铠杰. 上海交通大学, 2019(06)
  • [8]回转体高速入水瞬态流固耦合载荷与弹道特性研究[D]. 徐思博. 哈尔滨工程大学, 2019(01)
  • [9]回转体入水冲击运动响应数值仿真与半理论公式预报研究[D]. 张明. 哈尔滨工程大学, 2018(12)
  • [10]非定常空化流动研究现状与进展[J]. 黄彪,吴钦,王国玉. 排灌机械工程学报, 2018(01)

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旋转体空化流场的数值分析
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