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自由表面与运动物体之间相互作用的研究
| 论文题名： | 自由表面与运动物体之间相互作用的研究 |
| 关键词： | 自由表面;运动物体;空化过程;水下航行体 |
| 摘要： | 带自由表面的流动是非常常见的流动现象，例如风力作用引起的波浪运动过程、以及水下高速航行体附近的空化过程。其中，空化过程广泛存在于各种水下设备的运动过程中，会产生噪声和振动，甚至引起空蚀破坏。因此，研究自由表面流动过程，特别是空化过程具有非常重要的意义。 本文利用商业软件Fluent，数值研究了水面、空泡与物体间的相互作用，包括三个部分。首先，模拟了单个球形气泡在无界域、固壁附近、自由表面附近、以及固壁与自由表面组成的复合边壁附近的溃灭过程。然后，通过计算考察了航行体带空泡非匀速垂直出水过程。阐述了速度、加速度和局部空化数对空泡发展过程以及航行体上压力分布的影响。最后，数值研究了航行体带空泡非匀速斜出水过程。在成长阶段和溃灭阶段，分别探讨了不同的运动速度和非对称性对于肩部空泡以及底部空泡外形的影响。通过数据整理和分析，可以得到以下主要结论： 1、将单个气泡在无界域、固壁附近与自由表面附近溃灭计算结果分别与前人的计算及试验结果进行了比较，验证了文中采用的数值求解方法的有效性和计算精度。此外，当单个气泡在固壁与自由表面组成的复合边壁附近溃灭时，在溃灭的前中期水面对气泡凹陷方向起到主导作用；此后固壁的作用不断增大并在溃灭的末期起主导作用。 2、对于锥头航行体非匀速垂直出水过程，在计算的参数范围内，可将空泡的发展分为三个阶段：一次成长阶段，二次成长阶段和溃灭阶段。对于不同的运动方式，二次成长阶段具有准定常的特征。在溃灭阶段，对于加速出水过程，肩部空泡相对于航行体向下运动，甚至与底部空泡结合；对于匀速和减速出水过程，空泡的尾部位置基本不变。 3、对于半平球头航行体非匀速斜出水过程，在空泡成长阶段，当加速出水时，肩部空泡与底部空泡易于结合；而减速出水则未结合。在空泡溃灭阶段，当加速出水时，肩部空泡始终呈单侧溃灭，底部空泡在水面压力作用下分离并各自溃灭；减速时，肩部空泡在后期出现双侧溃灭的现象，底部空泡在溃灭过程中呈环形，体积会略有反弹。 |
| 作者： | 张马骏 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 陈鑫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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