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武器工业与军事技术
环形槽对通气空泡融合的促进作用分析
水下航行体出水时,航行体肩部的自然空化现象将会影响航行体表面的载荷分布和航行体的出水姿态,工程上常采用肩部开排气孔主动通气的的方式改善航行体表面的力学环境。针对水下航行体通气空泡周向融合效果不理想的问题,在排气孔下游设置一个小尺度环形凹槽促进空泡融合。本文采用基于有限体积法的CFD方法进行数值计算,通过缩尺实验验证了计算方法的有效性。利用VOF(Volume of Fluid)的多相流模型和动态铺层的动网格技术,研究不同发展阶段的空泡融合促进机制,以及不同工况下环形凹槽对空泡融合的促进作用。结果表明:凹槽改善了空泡融合效果;来流经过环形凹槽时因为流动膨胀发生了边界层的流动分离,其诱导产生的卷吸作用一方面迟滞了空泡轴向发展,促进空泡产生周向尺寸更大的剪切涡并沿周向膨胀发展,另一方面将部分通气气体吸入环形凹槽,吸入槽内的气体挤压破碎实现了周向融合,槽内融合气泡溢出下泄促进融合边界上移;凹槽改善空泡内部的流动状态,使空泡的形态和内部压力在不同工况下都更加稳定。
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力学学报
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