喷水推进器空化监测技术研究

由于喷水推进船良好的快速性、机动性、高效率和低噪声,喷水推进技术在现代舰船上的应用越来越广泛.但喷水推进器在运行过程中容易进入空化区,影响其推进性能和使用寿命.建立空化监测系统是目前解决这一问题最有效的方法.喷水推进器的空化特性同螺旋桨的有较大差异,目前尚未进行深入的研究.本文分析了喷水推进器的空化特性,阐述了其空化监测的机理,建立了空化监测系统,对喷水推进器空化监测技术进行了研究.空化监测的关键在于选择合适的空化监测参数,选取适当的测量位置,以及采用有效的信号分析处理方法来进行空化特征的提取.     

空化模型在非定常空化流动计算的应用评价与分析

文章基于试验观测数据评价了Kubota与Singhal两种空化模型在非定常云状空化流动数值模拟中的应用。采用商业软件的二次开发技术将两种空化模型引入了计算软件,针对绕Clark-Y水翼的云状空化流动进行数值计算,并与水洞试验结果进行了对比。结果表明,两种空化模型计算的云状空化阶段的流场时均速度分布以及涡量分布具有明显的不同。采用Singhal空化模型可以得到和试验观测更加相近的空化旋涡区与空泡云的旋涡分离的脱落形式。     

水下高速射弹超空泡形态特性的数值模拟研究

基于均匀多相流假设,建立了水下射弹自然超空化流动的多相流CFD模型,分析了带圆锥和圆盘空化器头部2种高速射弹模型所产生的超空泡形态特性.仿真结果表明,圆盘头形空化器有利于射弹超空泡的形成;超空泡的相对直径与相对长度随空化数增加而减小;空化数越小,超空泡的长细比越大,减阻效果也越好.最后,通过Fluent软件的自定义函数模拟了带圆盘空化器头部射弹超空泡流发展过程,得到了射弹在水下高速航行过程中超空泡形态的变化特性,研究结果为进一步研究水下高速射弹空泡流水动力特性提供了理论参考.     

空化模型在低温流体空化流动三维计算中的应用与评价

为评价不同空化模型对低温流体空化过程流场特性预测的适用性,文章通过对CFX软件的二次开发,将Kubota、Merkle和Kunz三种空化模型和液氮、液氢随温度变化的物性参数引入到CFX求解代码中,同时在求解的能量方程中添加汽化潜热影响,从而在考虑热力学效应条件下,开展了液氮绕水翼空化流动和尖顶拱在液氢中空化流动的三维数值模拟研究,并将计算结果与试验数据进行对比,实现了对不同空化模型适用性的评价。结果表明:三种空化模型计算的空化区域液相分布特性不同,空泡长度和厚度有差别;由于空化模型方程源相体现的质量传输机理不同,导致热力学效应下空化区域压强分布和温降存在差异;Kubota空化模型可有效预测液氮空化流场压强分布,Merkle模型可较好地反映空化区域温降,Kunz模型计算的结果与试验数据差别最大。     

空化模型中的相变系数对不同头型的适用性研究

应用基于CFD的数值计算方法,研究了Zwart空化模型中的相变系数对不同头型圆柱空化问题的适用性。通过计算流线型和非流线型圆柱在不同空化数下的表面压力系数,并与实验值对比,得到不同头型圆柱空化计算时相变系数的设定规律。研究结果表明,对于流线头型的圆柱,流动分离作用很弱,应当增大蒸发系数和冷凝系数;对于非流线头型的圆柱,流动分离作用强烈,数值计算结果对相变系数变化的敏感性较低,只需保证蒸发系数和冷凝系数的数量级关系即可较准确模拟空化现象。     

三种湍流模型对导管螺旋桨空化性能计算的比较

借助CFD软件,采用Rayleigh-Plesset空化模型和三种湍流模型对导管螺旋桨进行不同空化数条件下的空化性能计算,通过与试验数据对比,分析不同湍流模型、不同空化数对计算结果的影响。分析结果表明:k-ω模型计算更加稳定,更加容易收敛,精度也相对较高,因而与k-ε模型和RNG k-ε模型相比更适于对导管螺旋桨的空化性能进行计算;在空化数或进速系数较小的条件下,空化相对较剧烈,计算的相对误差较大,需要采用更加精确的空化模型或通过进一步提高网格质量来提高计算精度;另外,与k-ε模型和RNG k-ε模型相比,k-ω模型对空化数较敏感,对不同空化数条件下计算的相对误差变化较大。     

水翼叶顶间隙漩涡空化流动特性研究

采用试验的方法研究了不同空化数下水翼叶顶间隙区域漩涡空化流动的发展变化。试验在闭式空化水洞中进行,采用高速全流场显示技术对空化流场进行观测,并采用图像处理技术对试验结果进行处理,提出空化涡模型,阐述了涡空化的发展规律。研究结果表明:随着空化数的降低,叶顶间隙漩涡空化的发展主要经历如下三个阶段:(I)泄露涡内部空化初生阶段:在水翼中部附近产生游离状空化,向下游运动并迅速溃灭消失。(II)叶顶间隙内部附着空化发展阶段:涡空化逐渐发展并向水翼尾缘延伸,空化涡带呈螺旋状非轴对称旋转;叶顶位置压力面中部附近开始出现片状附着型空化,并体现出强烈的非定常特性。(III)射流剪切层内部空化形成阶段:涡空化延伸至水翼下游;叶顶附着空化充分发展,充满间隙并形成射流剪切层空化,和空化涡带共同形成三角状空化结构。     

基于复合结构的两级空化发生器设计优化及数值模拟

利用Fluent软件,在相关空化发生器装置研究基础上,在边界条件一定的前提下,对设计的3种不同排布方式的孔板与文丘里管结合的复合结构的空化发生器进行数值模拟,探讨3种空化发生器的空化效果及不同的孔板排布对空化效果的影响。通过对模拟所得的速度云图、湍动能云图和汽含率云图及分布散点图进行对比分析。结果表明,本文中复合结构的两级空化发生器空化效果显著提高,其中不同排布方式的孔板对复合结构的两级空化发生器的空化效果有明显影响,孔板是中心孔的辐射状分布时,空化发生器的核心区平均气含率最高,空化效果最显著。     

螺旋桨叶截面空化云仿真研究

本文基于雷诺平均模拟方程(RANS方程),采用均相流空化模型和RNG k-ε湍流模型,对螺旋桨叶截面非定常空泡流动进行数值模拟。对局部层状空泡从初生、发展、断裂以及在下游高压区溃灭的周期性过程进行仿真,并将仿真结果与实验现象进行对比,对各个阶段的空化面积和空化程度进行数值统计分析。结果表明:在螺旋桨叶截面周期性云状空化流场中,90%以上高度空化区域和30%以下低度空化区域的面积变化显著,而其他空化程度的区域面积基本稳定。     

空蚀研究的回顾和展望

本文介绍近年来关于空蚀研究的进展。空化所起的空蚀是个复杂的现象，很多运转于液体中的机械部件都有程度不等的此类损坏，从而空蚀研究也是从流体力学、材料科学和物理化学等方面入手的。本文试图概括有关的基础研究及应用研究所取得的结果，以供今后工作参考。     

高水船闸阀门空化问题的研究

多年来，围绕高水头船闸输水过程中阀门空化问题，进行了研究和探索，为提高门后压力，研究了各种开启方式；改变廊道体型等措施。观测空化方法由恒定流向方向过渡，问题在逐步深化，这里对该问题作粗浅的论述。     

气核对空化的影响—法国的研究进展

空化机理的研究表明空化核对空泡的起始与发展以至于空泡噪声都有显著的影响。近几年来，法国空化界对这一问题的研究较为深入，本文综述了在法国在这一领域所取得的进展。首先对空化核问题进行了历史回顾，然后以试验结果分析了气核的存在对空化性能的影响。最后阐述片状空泡向泡状空泡转变过程中气核的作用。