横流中水下气泡运动特性模型对比研究.pdf

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1、第36卷第5期2014年5月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．36，No．5May，2014横流中水下气泡运动特性模型对比研究肖华攀1一，方子帆1”，何孔德1，高频3，杨蔚华1(1．三峡大学机械与材料学院，湖北宜昌443002；2．三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室，湖北宜昌443002；3．中国船舶重工集团公司第七一O研究所，湖北宜昌443003)摘要：为更好地研究水下气泡的运动规律，开展横流作用下水下气泡的运动特性模型研究。首先以动量定理为基础，推导横流中水下

2、高速气体的射流轨迹模型；其次依据牛顿定理，对水下气泡进行受力分析，建立横流中单气泡的运动数学模型；最后采用龙格一库塔法对2个模型进行求解与分析。结果表明，2个计算模型在各自的气泡速度范围内，能够模拟对应的气泡运动轨迹，而随着横流速度的不断增加，计算结果误差越来越大。研究结果为水下气泡在复杂流场中的运动特性研究提供参考。关键词：横流；水下气泡；运动特性；模型中图分类号：U661．71文献标识码：A文章编号：1672—7649(2014)05—0072—05doi：10．3404／j．issn．1672—7649

3、．2014．05．014ComparativestudyonkineticcharacteristicmodelofunderwaterbubbleincrossflowXIAOHua．panl'2，FANGZi．fanl’2，HEKong．del，GAOPin3，YANGWei．hual(1．CollegeofMechanical&MaterialEngineering，ChinaThreeGorgesUniversity，Yichang443002，China；2．HubeiKeyLaboratoryof

4、HydroelectricMachineryDesign&Maintenance，ChinaThreeGorgesUniversity，Yichang443002，China；3．The710ResearchInstituteofCSIC，Yichang443002，China)Abstract：Inordertostudythemotionlawofunderwaterbubblecorrectly，thekineticcharacteristicofunderwaterbubbleiscarriedout

5、incrossflow．Firstly，basedonmomentumtheory，thejettrajectoryequationofunderwaterhigh-speedgasisdeducedincrossflow．Then，accordingtoNewton7Slaw，theforceanalysisofunderwaterbubbleiscarriedout．andthemotionmathematicalmodelofsinglebubbleiSestablishedincrossflow．Fi

6、nally，bothtwomodelsaresolvedandanalyzedbyRunge-Kuttaalgorithm．Itshowsthatthemotiontrajectoryofbubblecanbesimulatedaccuratelybyuseoftwomodelsonlyintheirownrangeofbubblevelocity，andthedifferenceofcalculationresultbecomesbiggerandbiggerwhenthecrossi'lowvelocit

7、yincreases．Theresultprovidesareferenceonkineticcharacteristicstudyforunderwaterbubbleincomplexflowfield．Keywords：crossflow；underwaterbubble；kineticcharacteristic；model0引言水下气泡的运动特性分析在化工、医药、动力、航天、热能、舰船等各个领域中经常遇到。例如，在高速艇的水下排气当中，大量的水下气泡很可能会增加行驶阻力，加快螺旋桨的气蚀，因此有必要

8、研究水下气泡的运动规律¨1。Best和Kucera等心1利用轴对称模型研究了气泡在刚性壁面附近的运动规律。Wang等¨。利用同样的模型模拟了近自由液面气泡的动力学特性。蒋炎坤H。o建立了静水下单气泡的运动数学模型，对模型进行求解，获得水下气泡的运动特性。张阿漫¨。等基于势流假设，建立气泡动力学数值模型，模拟气泡在重力场中的特性。徐炯⋯等用高速摄影对稳收稿日期：2013—06—17；修回日期：2013