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水下航行体迎流喷水/气数值模拟研究
| 论文题名： | 水下航行体迎流喷水/气数值模拟研究 |
| 关键词： | 潜艇;水下航行;迎流气液同喷;气液两相流;数值模拟;减阻效果 |
| 摘要： | 一般船舶的摩擦阻力约占总阻力的60％~80%，特别是对诸如鱼雷、潜艇等全部浸没在水中运动的水下航行体而言，主要受到摩擦阻力以及粘压阻力作用。不论是摩擦阻力还是粘压阻力，其阻力值均与流体介质密度成正比。在20℃标准大气压下，水的密度约为空气的密度的800倍，若在水下航行体表面通入气体，形成空气薄膜或气液混合层，介质密度将大为降低，从而极大的降低航行体所受阻力，且与其他添加物质法相比，在物体表面引入空气显然具有无污染的优点。在水中引入气体主要有空化法和通气法两种方式，不少学者对此作过研究。 物体在水中运动时，来流速度在其前缘较短范围内急剧减小形成驻点，导致物体前缘形成高压区，首尾压差越大粘压阻力越大，改善驻点区域高压对于减小粘压阻力具有重要作用。本文在前苏联学者 Sedov提出的在物体前缘迎流喷射的射流可以获得推力的理论基础上，提出在物体前缘迎流喷水的同时携带气体，即迎流气液同喷的构想，以期在改善水下航行体驻点区域高压、减小粘压阻力的同时，在水下航行体表面形成空气润滑，降低其摩擦阻力。 本文选取 SUBOFF潜艇为研究对象，并在潜艇前缘设置喷气/水口。在FLUENT中采用压力耦合的半隐式解法以及RANS k-ε两方程模型，在来流速度为5.144m/s，Re=2.32×107的条件下，首先对潜艇前缘迎流单相喷水进行了数值模拟，确定了较佳的喷水口面积以及喷水速度。其次，结合气液两相流的VOF模型，对潜艇前缘迎流气液同喷进行了数值模拟研究，得出喷气口面积、喷气流量对潜艇流场特性以及阻力的影响规律。研究主要发现：一方面迎流喷水可使驻点脱离前缘从而降低压差阻力，获得助推力；另一方面，迎流气液同喷可在潜艇表面形成空气润滑层，降低摩擦阻力。总的来说随着喷气流量的增加减阻率随之增加，在本文的计算条件下，气液混合喷时减阻率可达10%~30%，减阻效果显著。 |
| 作者： | 刘一慧 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 熊鳌魁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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