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原文传递水下两相冲压式发动机工作机理的数值模拟研究

论文题名：	水下两相冲压式发动机工作机理的数值模拟研究
关键词：	水下航行体;两相冲压式发动机;进水道冲压;两相混合物;流体动力学;数值模拟
摘要：	随着高速、高性能舰船及水下航行体飞速发展,发动机技术成为决定其性能的关键因素。水下两相冲压式发动机利用冲压效应可以在更高的航行速度下具有很好的性能，占用的有效载荷和有效空间较小，避免了空蚀对发动机结构的破坏，适应复杂工况的能力很强，因此水下两相冲压式发动机技术受到极大关注。　　水下两相冲压式发动机的工作机理是水从发动机进口流入，流经进水道冲压后，其速度下降，压力升高；高压气体从气体喷嘴喷出后在混合室内与经过进水道冲压后的水混合形成气-水两相混合物，使混合室内气-水两相混合物的压力升高；气-水两相混合物流经发动机喷管压力降低而速度升高，从发动机喷管出口喷出的气-水两相混合物在发动机出口处的速度大于水在发动机进口处的速度，从而产生推力。本文应用数值模拟方法重点研究了典型水下两相冲压式发动机内流场气-水两相混合流的流体动力学特性，并且研究了发动机的性能与相关参数间的关系，为水下两相冲压式发动机的研究提供了技术准备和前期研究成果。　　本文分析了数值方法所引入的不确定性和误差；基于均质平衡流理论并考虑气-水两相之间的速度差异的情况下，运用N-S方程和RANS中的8种湍流模型模拟典型水下两相冲压式发动机二维轴对称的气-水两相混合流动。通过与实验结果比较，认为 Realizablek湍流模型更适合定常流动情况，并验证了数值方法的可靠性。　　基于上述的数值模拟方法，研究了典型水下两相冲压式发动机的内流场，分析结果表明，文中所研究的典型结构形式的发动机的气-水两相混合流动的流动形式为类似环状流的流动，空气沿着混合室和喷管的内壁形成一个环状含气区，而水则在气环的中间形成液相轴心，空气与水之间是明显的分界层；得到了发动机内流场参数，如压力、速度和含气率等物理量的分布规律以及通气参数和流场参数对发动机内流场参数和分界层厚度的影响；来流速度较高时，不喷入空气发动机进口处自然空化，而喷入空气后自然空化现象消失。　　应用动量流量法推导出了用计算域网格节点参数表示的水下两相冲压式发动机内推力及其动态分量和静态分量的计算式，研究了发动机内推力及其动态分量和静压分量与通气参数、流场参数和发动机内流通通道结构参数之间的关系；应用壁面积分法得到了水下两相冲压式发动机内推力及其压力分力和粘性阻力随着相关参数变化的规律。　　推导出了用计算域网格节点参数表示的水下两相冲压式发动机内效率、推进效率和总效率的计算式，研究了发动机内效率、推进效率和总效率与通气参数、流场参数和发动机内流通通道结构参数之间的关系。
作者：	董磊
专业：	一般力学与力学基础
导师：	张嘉钟
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文