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原文传递减阻溶液中超空泡数值模拟研究

论文题名：	减阻溶液中超空泡数值模拟研究
关键词：	减阻溶液;超空泡;数值模拟;表面张力系数;水下航行体
摘要：	超空泡潜在的减阻效应引起了人们高度的重视。当水下航行体的速度达到某一值时，头部空化器的水压会降低到对应温度的饱和蒸汽压，这时空化现象就会发生，在头部产生局部空泡，随着航行体速度的增大，空泡长度和直径也会随着变大，当速度超过某一临界值时，产生的气泡会包裹住整个航行体，形成超空泡。现在超空泡减阻效应对水下高速航行体的研究带来了革命性的变革，对于外形优化的航行体，其减阻效果可以高达80％。超空泡流动是一个难题，包含了许多流体动力学中复杂的现象，例如非定常性，相变以及湍流，至今对超空泡物理和数学方面的数值模拟研究仍然是一个很大的挑战。在水中加入少量的高聚物或表面活性剂，水的表面张力会大大降低。添加了高聚物或者表面活性剂的溶液同样具有湍流减阻效应。　　本文基于非定常雷诺平均N-S方程，通过添加Cross粘度方程，并修改水的表面张力系数，数值模拟了减阻溶液中自然超空泡和通气超空泡。得到了不同空化数下减阻溶液中自然超空泡的形态特点，减阻特点；以及在不同空化数，不同通气口，不同通气速度下通气超空泡的形态特点和减阻特点。　　对比分析了水中和减阻溶液中自然超空泡形态差异，和减阻能力的差异，得到相同空化数下减阻溶液中自然超空泡的长度更长，直径更大；相同空化数下减阻溶液中的阻力系数更小。这也表示减阻溶液中，更利于形成超空泡，减阻能力更强。　　分别比较了只改变表面张力系数和只应用 Cross粘度方程得到的自然超空泡形态和减阻能力，得到了减阻溶液表面张力和粘度的改变都是有利于形成自然超空泡的，所以模拟减阻溶液时表面张力系数的影响是不可忽略的。　　对比分析了水中和减阻溶液中通气超空泡的形态和减阻特点。得到相同空化数和通气速率的情况下，减阻溶液中形成的通气超空泡阻力系数更小。从而得到减阻溶液在形成通气超空泡时，也起到了积极的作用。
作者：	姜晨醒
专业：	流体机械及工程
导师：	李凤臣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文