锥头圆柱体高速入水空泡数值模拟.pdf

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1、2014年2月第40卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2014V01．40No．2锥头圆柱体高速入水空泡数值模拟马庆鹏魏英杰王聪曹伟(哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨150001)摘要：采用流体体积法(VOF，VolumeofFluid)多相流模型，引入动网格技术，对锥头圆柱体垂直自由高速入水问题开展了数值模拟研究，分析了航行体入水后速度及入水空泡形态的发展规律，并与文献基于能量守恒定律的理论结果进行比较，两者吻合较好．研究结果表明，高速入水初期，结构受到极高的冲击载荷

2、，导致速度迅速衰减；随着入水深度的增加，空泡不断拉长并向径向扩张，空泡内空化现象明显，空泡内混合相对空泡壁及空泡分离点附近压力分布影响显著．对于不同速度入水的研究结果表明，入水速度越高，航行体头部压力峰值越大，相同时刻入水空泡最大直径也越大．关键词：流体力学；高速入水；空泡；锥头圆柱体；数值模拟中图分类号：TV131．2文献标识码：A文章编号：1001-5965(2014)02-0204-06Numericalsimulationofhigh-speedwater-entrycavityofconecylinderMaQingpengWeiYingjieWangCongCaoWei(

3、SchoolofAstronautics，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)Abstract：Numericalsimulationformodelingthecavityformationinducedbythehigh-speedwater-entryofacylinderbodywithaconeheadwasperformed．Volumeoffluid(VOF)modelanddynamicmeshwerein—trodueedforthemuhiphaseflowandthemovementofthebody．T

4、hevelocityattenuationandinducedcavityshapewereobtainedwithaninitialvelocityof500m／s．Goodagreementswereobtainedcomparedwiththetheoreticalresults．Duringtheearlyperiodofthewaterentry，thepenetratingvelocitydecreasedrapidlybe-causeofthehighimpactloadaffectedontheconewhichcanbethousandtimesatmospheri

5、cpressure．Themaximumcavitydiametersofthewater—entrycavitygetlargerwhentheinitialvelocityishigher．Astherigidbodymovesdeeper，thereismorevaporthanair；themuhiphaseaffectsthestabilityofthecavitymarkedly．Keywords：fluidmechanics；high—speedwater—entry；cavity；conecylinder；numericalsimulation航行体以一定的初速度穿越

6、气水界面进入水中这一过程称之为入水过程．关于入水问题的研究，最早可以追溯到19世纪末，A．M．Worthington和R．S．Cole⋯利用高速闪光相机、玻璃水槽等设备开展了球体垂直入水实验，阐述并分析了球体入水各个阶段的流动现象．二战后，美国海军基于对空投鱼雷研制的需求，召集诸多学者开展了大量的入水实验研究．美国海军军械实验室(NOL)的D．Gilbarg和R．A．Anderson旧1通过实验研究了大气压力对球体入水喷溅和空泡的影响规律，分析了弗劳德数在人水空泡和喷溅模拟中的影响．A．May和J．C．Woodhull¨。1在此基础上开展了大量的球体及锥体、圆盘等轴对称航行体的入水实

7、验，得到了入水空泡的发展规律以及入水过程的流体动力、入水弹道以及阻力系数等实验数据．公开文献显示，这一阶段的入水实验大多以低速收稿日期：2013-03—29；网络出版时间：2013-09-1611：17网络出版地址：WWW．enki．net／kcms／detail／11．2625．V．20130916．1117．001．html基金项目：哈尔滨市科技创新人才专项基金资助项目(2013RFLXJ007)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(HIT．NSR