泄气空腔圆柱壳体垂直入水过程研究

《泄气空腔圆柱壳体垂直入水过程研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文泄气空腔圆柱壳体垂直入水过程研究DYNAMICSOFWATERENTRYFORDEFLATEDCAVITYSHELL刘凯航哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O352学校代码：10213国际图书分类号：623.9密级：公开工学硕士学位论文泄气空腔圆柱壳体垂直入水过程研究硕士研究生：刘凯航导师：魏英杰教授申请学位：工学硕士学科：一般力学与力学基础所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O352U.D.C:623.9Dissertatio

2、nfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONMULTIPHASEFLOWDURINGWATERENTRYOFDEFLATEDCAVITYCYLINDERCandidate：LiuKaihangSupervisor：Prof.WeiYingjieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：GeneralandFundamentalMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDate

3、ofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要泄气空腔壳体是一种一端开放另一端封闭但存在泄气孔的圆柱壳体结构，在以开放端撞击自由液面的低速垂直入水过程中，圆柱空腔内气体涨缩并从泄气孔释放，形成一个气、液两相耦合流动空间，并通过开放端与外部流场连通，形成内、外流场间耦合变化，涉及到固、液、气三相运动和内、外两个流场的多流域耦合运动问题。在这种复杂流动环境下，泄气空腔壳体入水流动现象与传统半封闭空腔实心运动

4、体入水流动现象截然不同，入水空泡流动特性、流场结构特性、流体动力特性和水下弹道特性均将发生质的改变，因此开展泄气空腔壳体入水多相流动特性研究具有重要的理论意义和实用价值。本文采用理论分析、数值计算和实验相结合的方法，针对泄气空腔壳体入水过程中多相流流动特性、入水稳定性以及流体动力等问题开展研究，主要研究内容如下：采用高速摄像的测试手段，对泄气空腔壳体入水空泡流动方式和演化特性开展研究。开展了不同入水速度条件下的泄气空腔壳体入水实验，获得了具有典型特征的入水空泡发展规律，分析了入水速度对运动特性产生影响；开展了不同泄

5、气孔以及非对称开放端壳体的入水实验，分析了泄气孔尺寸以及半开半闭开放端对壳体入水影响；研究了浮重比对入水轨迹和入水空泡的影响；开展透明材料亚克力-石英玻璃壳体模型入水实验，获得了腔体内部两相流场的流动方式，并揭示了其形成的机理。基于计算流体力学方法，开展了泄气空腔壳体垂直入水问题数值模拟计算，建立了数值计算模型，参照实验条件开展了相应模拟计算，通过与实验数据对比验证了数值方法的有效性。通过对计算结果的分析，获得了泄气空腔壳体低速垂直入水过程空泡形态的演化特征，并对流场的速度场和涡量场进行分析；描述了压力场中的开放端

6、压力集中以及壁面压力分布；改变壳体泄气孔的大小，开展入水模拟计算，分析了泄气孔大小对空泡形态、流场结构和壳体运动特性的影响。关键词：泄气空腔壳体；入水空泡；多相流；实验研究；数值模拟-I-AbstractAbstractDeflatedcavityshellisakindofopenatoneendtheotherendclosedbutarefrustratedholeofthecylindricalshellstructure,andintheopenendcollisionfreeliquidsurface,

7、low-speedverticallyintothewater,intheprocessofgasinsidethecylindricalcavitycondensedandreleasedfromfrustratedhole,toformagasandliquidtwophaseflowcouplingspace,andtheexternalflowfieldthroughtheopenend.Flowinthiscomplexenvironment,frustratedcavityshellintothephe

8、nomenonofwaterflowandwaterflowintothetraditionalsemi-enclosedcavitysolidmovementofbodyphenomenonisdifferent,soinfrustratedcavityshellintothewatermultiphaseflowcharacteristicsresear