航行体锥段线型对自然空泡特性影响的数值模拟.pdf

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1、第32卷第12期2010年12月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．32，No．12Dec．，2010航行体锥段线型对自然空泡特性影Ⅱ向的数值模拟付英杰(中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北邯郸056027)摘要：针对多种不同锥段线型的航行体，对其自然空泡形态及减阻特性进行了数值模拟研究。得到了各条件下空泡形态随空化数的变化关系、拟合曲线，以及阻力系数随空泡长度的变化关系。通过对比分析，得出了航行体锥段线型对空泡形态及减阻特性的影响规律。结果表明，锥段线型对空泡形态影响不明显；当空泡闭合于航行体锥段时，锥段线型为圆弧的模型阻力系数较小；而当空泡闭合于航行体柱

2、段或形成超空泡时，各模型阻力系数趋于一致，几乎不受锥段线型影响。关键词：自然空泡；锥段线型；空泡形态；减阻特性；数值模拟中图分类号：0358文献标识码：A文章编号：1672—7649(2010)12一0126—05DoI：10．3404／j．issn．1672—7649．2010．12．032NumericalresearchoninfluenceoflinksectioncontouronnaturalcavitycharacteristicsFUYing—jie(The718ResearchInstituteofCSIC，Handan056027，China)Abstract：Toobta

3、intheinfluenceoflinksectioncontouroncavityshapeanddragcharacteristics，naturalcavitationforsevermodelsissimulated．Thefittingformulaofcavityshapeparametersandcavitationnumberisobtained．Linksectioncontour'simpactonnaturalcavitycharacteristicsisinvestigatedbyanalysisthesimulationresults．Theresultsshowth

4、atlinksectioncontourhaslittleimpactoncavityshape．However，therearemorediscrepanciesamongdragcharacteristicsofdevelopingcavityforthemodels．Thedragofmodelwithcirclelinksectionedgeistheminimum．Influenceofthelinksectioncontourondragisminor，whensupercavityisformed．Keywords：naturalcavity；linksectioncontour

5、；cavityshape；dragcharacteristics；numericalsimulation0引言超空泡可降低水下航行体阻力80％以上，借助超空泡的减阻效应，航行体可以达到很高的航行速度，其阻力系数的量级相当于空气中自由飞行的炮弹⋯。空化器线型及尺寸、航行体锥段线型(空化器与航行体柱段的连接部分)、锥柱比等轮廓参数对超空泡形态具有重要影响，进而影响其减阻效果。空化器对空泡形态及减阻特性的影响，国内外研究人员已收稿日期：2010—08—16作者简介：付英杰(1983一)，男，博士，从事超空泡减阻技术研究。展开了大量的研究旧。1，在目前公开发表的文献中，未见关于航行体锥段线型等对空泡特

6、性影响研究的相关报道。随着计算机技术的发展及数值分析在科学研究中的广泛应用，数值模拟已成为流体动力学研究的一种重要手段。早期超空泡数值模拟主要基于势流理论，采用界面追踪法”】。目前，空泡流数值模拟主要是对根据均质平衡流理论建立的N．S方程和不同的空泡模型方程旧。1联合求解。在均质平衡流理论中。第12期付英杰：航行体锥段线型对自然空泡特性影响的数值模拟-127．气液两相流被认为是均质流，采用无量纲常数a来表示气体或液体在混合物中所占的比例。本文基于均质平衡流理论，针对具有不同锥段线型航行体产生的自然空泡进行数值模拟研究，得到了各条件下，空泡的长度及最大直径与空化数关系及拟合公式，并对不同模型组的

7、空泡形态及航行体阻力系数进行了对比，得出航行体锥段线型对空泡形态及减阻特性的影响规律。1空化模型空泡流建模基于均质平衡流理论，空泡内外流场被认为是一种变密度的流体，它们之间不存在分界面，整个混合物允许相互对流。混合物的连续性方程、动量方程与单相流类似，不再详述。下面仅对本文计算中采用的空化模型进行简要论述。模型通过蒸汽传输方程控制蒸汽质量分数，：i兰(p√9+V·(p。'，√’=V(7V力+R。一