波浪中气泡运动的数值模拟.pdf

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1、第34卷第5期2012年5月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYVd．34，No．5May，2012波浪中气泡运动的数值模拟刘二平1，付英杰2，郝刘仓2，苏浩2，李建东3(1．中国人民解放军海军驻保定地区航空军事代表室，河北保定071000；2．中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北邯郸056027；3．天津大学机械工程学院，天津300072)摘要：通过推饭造波方法，应用FLUENT动网格技术(DynamicMesh)及UDF(User．definedfunction)建立数值波浪，从而构建数值水槽。对建立的数值波浪与气泡运动方程耦合求解，分析气泡在波浪中的变形与运动

2、。结果表明，波浪中气泡相对静水中更容易保持稳定的球形。且不易发生聚合。这将为舰船尾流中气泡运动研究提供有价值的参考。关键词：推板造波；气泡运动；数值模拟中图分类号：035文献标识码：A文章编号：1672—7649(2012)05-0036-05doi：10．3404／j．issn．1672-7649．2012．05．008NumericaIsimulationofbubblemotioninwavesLIUEr-pin91，FUYing—jie2，HAOLiu—can92，SUHa02，LIJian-don93(1．AviationMilitaryDelegateOfficeofPLAinBa

3、odingDistrict，Baoding071000，China；2．The718ResearchInstituteofCSIC，Handan056027，China；3．CollegeofMechanicalEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract：Inthispaper，anumericalwavemodelwasestablishedbasedonthetechnologyofDynamicMeshandUser-definedfunctioninFLUENT，andthewavewasproducedbyth

4、emotionofWaVe·makingplate．Toinvestigatethebubbledeformationandmovement，couplingcalculationofwavemodelandbubblemotionequationwascarriedout．Theresultsshowthatthebubblemoreeasilymaintainedsphericalshapeandnocoalescent．Thisresearchprovidesworthyreferencesfortheinvestigationofwarshipwake．Keywords：pistonw

5、avemaking；bubblemotion；numericalsimulation0引言舰船航行过程中，由于螺旋桨高速旋转空化及沿舰船吃水线渗入空气等原因，会在海水中产生大量气泡，形成舰船尾流。由于波浪的存在，尾流中气泡变形、运动均要受到影响。波浪中气泡运动的数值模拟需要建立数值水波与气泡动力学方程耦合进行求解，此类研究目前国内外较少。Sand等⋯继续对线性造波理论进行发展验证，同时对长周期波的二阶效应进行了研究。Schaffer口。在结合势流理论的基础上推导出了造波板运动的二阶数学模型，进收稿日期：2012一叭一1I；修回日期：2012—02一Ol作者简介：刘二平(1977一)，男。从事火

6、控系统及舰船尾流研究。一步发展了线性造波理论。在气泡的数值模拟方面，Davies和Taylorpl推导出了较大气泡上升速度的公式，证实上升速度与气泡的曲面半径有关。JosephHl在考虑流体的粘性及表面张力基础上推导出了具有普适规律的气泡上升速度公式。Kok”1通过对2个并排放置气泡运动所受阻力的研究，证实2个并排放置的气泡在运动中所受阻力比单一气泡运动所受阻力大。本文基于CFD软件FLUENT进行水中气泡运动及变形模拟，并采用推板造波方法建立了数值波浪。重点研究了波浪作用下气泡的运动及变形，并与静第5期刘二平，等：波浪中气泡运动的数值模拟·37·水中情况进行了对比，得到了波浪对气泡运动及变形

7、的影响规律。l控制方程1．1推板造波控制方程推板式造波的造波板初始位置为运动的平衡位置，设为原点，造波板做简谐运动，运动规律如下：1)位移方程S(c)：iAosin∞￡；(1)2)速度方程F(￡)：iAo山c。s∞t。(2)式中：A。为造波板冲程；∞为造波板运动角频率。1．2气泡运动控制方程气泡运动的控制方程¨1主要有以下3种：1)连续性方程V·“=0；(3)2)考虑表面张力的动量方程p(蓑+(“