高压空气吹除压载水舱的关键技术仿真-论文.pdf

《高压空气吹除压载水舱的关键技术仿真-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第36卷第4期武汉工程大学学报Vo1．36NO．42014年4月J．WuhanInst．Tech．Apr．2O14文章编号：1674—2869(2014)04—0060—05高压空气吹除压载水舱的关键技术仿真袁东红，汪云，幸福堂，梅丹(1．海军驻701军代表室，湖北武汉430000；2．武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北武汉430081)摘要：高压空气吹除主压载水舱系统的性能决定着潜艇事故时的自救能力和轻壳体的吹除安全程度，先进的数值模拟计算仿真方案能够代替无法实现的深水实验，获取气瓶、管道及水舱

2、中的流动特征，为潜艇的设计提供理论支持．采用非定常一维可压缩有摩擦绝热流动理沦对气瓶和管道进行计算，得到了吹除过程中的气瓶、管道内的瞬时气体状态参数，并将之作为水舱模拟仿真的进口边界条件；使用欧拉一欧拉多相流模型，基于的剪切应力输运湍流模型，对压载水舱进行三维非稳态仿真计算，得到了水舱内压力随时间和空间的分布规律、吹除结束时刻舱内气液分布情况等数据．所有计算结果与实际实验结果对比吻合良好，说明了计算方案正确可行．关键词：高压空气吹除系统；计算方案；非定常流动；气液两相流；数值模拟中图分类号：U664

3、．83文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1674-2869．2014．04．013气瓶内空气压力，在吹除过程中变化，初始值为U引置Po为气瓶内空气密度，在吹除过程中变化，初高压空气系统是潜艇潜浮系统的重要组成部始值为；为气瓶内空气质量，在吹除过程中变分．高压气吹除主压载水舱的性能决定着潜艇事化；P为压载水舱内压力，即吹除背压．故时的自救能力和轻壳体的吹除安全，因此有必要开展潜艇高压气吹除主压载水舱的理论研究、仿真研究和物理模型实验研究，通过不同研究手段获取高压气吹除主压载水舱的过程

4、特性]．本研究致力于探索可靠、可行的数学仿真方法用于潜艇高压系统的气一液流动计算，为潜艇的设计提供必要的支持和参考．图l应急吹除系统简化图1高压吹除物理模型Fig．1Sketchoftheemergencyblowingsystem高压空气吹除压载水舱，通过压载水的排出高压空气从截面l到截面2的流动属于典型实现潜艇的上浮．水舱在上浮过程中，出口背压不的可压缩流动，其特点包括：(1)放空短路较短，但断变化，进口空气的压力也随着时问逐步减小．这压降极大；(2)在短距离、大压差条件下，管路沿途一气一液两相

5、流动过程是典型的三维、非定常、紊气体的温度、密度、流速差异极大；(3)管路中任意流流动，流动介质空气为可压缩流体，水为不可压点的流动参数均随时间变化．气体在流动过程中缩流体．几乎与外界没有热交换，整个流动过程可视为一1．1可压缩空气流动维可压缩流体有摩擦绝热流动7j．通常将潜艇上用于吹除的气瓶等效为一个大1．2两相流模型气瓶，整个管系用一根等效长度为L。，等效直径当高压水舱流入主压载水舱后，主压载水舱为D的管路代替，被吹除的所有压载水舱合并成内混合了气和水，一方面气体不断膨胀将水排出为一个大水舱，如

6、图1所示．图l中，T为气瓶内舱外，另一方面水和气体不断混合，因此压载水舱空气温度，在吹除过程中变化，初始值为；P为中的流动是气一液两相流动，而依据单相流动建立收稿日期：2014一o4一O8基金项目：国家海军装备科研项目(40308)作者简介：袁东红(1964一)，男，四川犍为人，高级工程师．研究方向：船舶系统和装置第4期袁东红，等：高压空气吹除压载水舱的关键技术仿真的压载水舱排水模型不能真实反映压载水舱中(2)由气动函数算出截面1处的气体状态参数：气一液两相流动情况．本文选取通用多相流模型中Vl一(

7、一崭n)奇一(卜㈦的V()F(VolumeofFraction)模型进行数值模拟l_g]．1．3湍流模型其中P为滞止压强，在气瓶静止的状态下研究中湍流模型选用SST(剪切应力输运)P一Po．cU模型．该模型综合了e和k一湍流模型在边(3)由截面1处的气体状态计算截面2处的界层内外计算的优点，能够准确及时预测分离的气体状态：特性．且该模型具有以下优点：(1)模型能适应压等截面摩擦管流气流参数关系式：力梯度变化的各种物理现象；(2)可应用黏性内P。1+}]层，通过避免函数的应用，精确地模拟边界层的现象，

8、无需使用较容易失真的黏性衰减函数．PlI1+；I2三维非定常边界条件的确定4-O．2MaMa02Ma]J寺(⋯4)高压吹除过程中气体的流动过程是非稳态过(4)上一个时间段内气瓶内气体减少的质量：程，而其他研究者普遍采用定常条件作为三维仿Am=pl·Mal·f·A·At一真的边界条件，不能真实的得到水舱内的流动细节．水舱入口的非定常条件目前也未见成熟的计(1一警)⋯·Ma·A(5)算方法．本研究从高压吹除的基本物理过程人手，(5)第二个时间段内气瓶的初始状态：细致的分析