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水下气体射流及其对水中结构的冲击损伤特性研究
| 论文题名： | 水下气体射流及其对水中结构的冲击损伤特性研究 |
| 关键词： | 舱室结构;水下气体射流;流场特性;冲击效应;数值模拟 |
| 摘要： | 水下气体射流问题广泛存在于船舶与海洋工程等领域，如对高温高压气体进行冷却的船用液舱，其内部便存在着复杂的高压气体射流现象，属于强非线性的瞬态变化过程，是一种极其复杂的两相流动问题，同时还伴随着射流载荷对舱室结构的冲击，逐一加大了该问题的研究难度。因此本文基于数值和实验两种手段，分别对水下气体射流问题的现象、力学本质以及其对周围边界的冲击效应等进行研究分析，其具有重要的工程意义。 首先，建立水下气体射流动力学的数值模型。本文采用VOF多相流模型对射流边界进行追踪，采用修正的RNG湍流模型以及针对高温蒸汽的气液转化模型进行数值模拟。根据航行体尾燃气射流压力特性的仿真与实验值进行对比，验证本文数值方法的有效性。 其次，建立二维轴对称射流流场模型，进行射流过程中射流场数值特性的一系列基础研究，针对射流形态以及压力速度分布等重要物理量，研究不同进气压力条件对射流场物理特性的影响，以及计算相同进气压力条件下，对考虑高温气体与水之间的物态转化以及不考虑该转化的情况进行对比分析，得出温度对气体射流的影响。 再次，利用自行设计的水下气体射流实验装置，采用实验手段对该问题进行进一步研究。设计多种进气管路的连接形式，研究各种形式下的射流场的形成、发展的一系列规律，以及射流引起的自由液面飞溅现象等，以弥补数值方法无法模拟各类现象的不足。最终分析得出可以使射流冲击效应降低的一种连接形式，为液舱内气体射流冲击效应的研究提供实验参考依据。 最后，针对水下气体射流的工程应用背景，对给定射流管路连接形式的液舱内气体射流进行数值仿真，分析液舱内部高温高压气体射流流场，得出液舱各壁面所受到的冲击载荷。利用有限元软件计算其结构响应，得出射流冲击效应的相应规律。讨论液舱内射流管路结构形式对冲击载荷的影响，最终对液舱内部管路结构形式进行优化设计，为工程提供有价值的参考。 |
| 作者： | 刘莹 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 张阿漫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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