气泡输运方程及其应用

舰船尾流中含有大量的不同直径的气泡 ,尾流的几何特性与产生它的舰船大小、航行速度、海面风速等因素有很大的关系 ,对气泡规律的研究无论在理论还是在应用中都具有重要的意义。介绍了水中气泡分布函数 ,推导了分布函数所满足的输运方程 ,并给出了气泡输运方程的特征解。对影响分布函数的因素作了探讨 ,并利用输运方程对具体问题进行了计算。结果表明 ,运用气泡输运方程可解决气泡的分布、输运问题 ,并可对气泡分布与气泡半径、气泡所处深度的关系作出定量分析     

利用微气泡减小平板摩擦阻力的数值模拟

假定气-液两相流体均匀混合且微气泡在水流中存在滑移运动,运用混合多相流模型对水中运动平板的微气泡减阻过程进行了数值计算,研究了微气泡流的减阻机理,分析了主流速度及气体流量率等对减阻率的影响规律,同时构建了一个减阻率预报数学模型,并指出在微气泡减阻中存在一个与主流速度相对应的饱和气流量.     

梢涡空泡初生预报方法

应用气泡动力学方程和气泡运动微分方程研究了梢涡空泡的初生问题.建立了球形气泡平均压力模型,通过模拟梢涡流场中的球形气泡形态对梢涡空泡的初生进行预报.应用平均压力模型分别计算了三种尺度水翼梢涡流场中不同初始尺寸气泡在一定时间内的半径和辐射声压,梢涡用轴向梢涡尺寸不变的兰金涡代替.计算结果表明:从光学法和声学法角度选取空化...     

垂直刚性面边界条件下水下爆炸气泡运动的理论研究

为研究垂直边界面对水下爆炸气泡脉动的影响,根据势流理论建立了垂直边界面条件下水下爆炸气泡运动的理论模型,编制计算程序进行求解。对水下爆炸气泡脉动运动的特点、流场的速度及压力的分布、气泡引起的载荷形式进行了分析,结果表明,此模型能够反映水下爆炸气泡和周围流体介质的运动规律,并能进行定量的计算。     

不同边界条件下水下爆炸气泡的数值模拟

采用有限元程序MSC.Dytran对不同边界条件下水下爆炸气泡的脉动过程进行了数值模拟。对数值模拟中的一些重要问题,如炸药药包的建模、网格密度、状态方程和静压力场的设定等问题进行了探讨。对无限水域中的水下爆炸气泡以及自由面边界、水平刚性面边界和垂直刚性面边界三种边界条件下的水下爆炸气泡进行了数值模拟,分析了水下爆炸气泡的半径、外形变化、气泡脉动压力、流场中的速度分布,结果发现边界的存在对气泡外形的影响较大,刚性边界面会使气泡脉动压力增大较多,而自由面边界对气泡脉动压力的影响较小。将数值模拟的结果与理论模型、经验公式和试验结果进行了比较分析,结果吻合较好。     

潜艇上浮出水运动及粘性流场直接数值模拟方法

为得到潜艇上浮出水运动及流场特性,以带流水孔柱形潜体为研究对象,基于RANS方程及SSTk-ω湍流模型,并应用重叠网格技术实现了不同工况下潜体上浮的直接数值模拟,获取了模型上浮过程中横倾、纵倾及上浮速度等参数的时历曲线及流场细节信息。研究结果表明:该方法较合理地反映了潜体的上浮运动规律,能够直观展现潜体出水及倾覆过程,可为潜艇上浮出水稳性的预报及分析提供可行途径。     

雾化液滴在气道内的动力学特性及其影响因素

基于单颗粒动力学,用Lagrangian方法建立了液滴在气道内运动的数学模型,用Runge-Kutta法对液滴运动方程进行了数值求解,得到了液滴速度、相对雷诺数和阻力系数沿气道轴向的变化规律,并分析了重力场、液滴粒径、液滴初始速度、液滴出射角度对液滴运动轨迹的影响.结果表明,液滴在气道内的运动分为变速段和恒速段,液滴粒径、初始速度及出射角度等因素对雾滴的运动轨迹也有很大影响,雾滴运动分析时一般不应忽略重力场的作用.     

潜艇集体逃生舱上浮水动力性能

针对潜艇集体逃生舱上浮过程的水动力问题,建立了典型集体逃生舱水下运动的数学模型,并重点对其释放后的上浮速度进行了数学仿真计算。然后,根据该流场的特点,合理选择求解条件,利用Fluent软件进行仿真分析。两种计算方法的结果吻合较好,结果表明:该集体逃生舱水下运动数学模型是正确的,其稳定上浮速度较大,在设计中应当进行控制。     

脉冲工况晶闸管扩展速度的影响因素研究

为研究不同因素对其电流扩展速度的影响,根据晶闸管的结构特点和工作原理,建立晶闸管器件模型及脉冲成形网络等效电路模型并进行了仿真模拟.数值仿真结果表明,当正向阻断电压从3000 V增加至5000 V时,扩展速度可增加24.6％;当基区宽度从500μm增加至900μm时,扩展速度降低了31.7％;当载流子寿命从1μs增加至...     

潜艇舱室进水时应急挽回过程中的横摇运动

通过分析潜艇应急操纵情况下的横摇运动方程,提出了影响潜艇横倾变化的因素。然后,对不同事故状态下的舱室进水事故进行了数值仿真,确定采取不同挽回措施时潜艇运动状态的变化规律,验证潜艇状态参数对潜艇横倾变化的影响规律,并提出了减小应急上浮过程中横倾威胁的方法,以防止潜艇应急挽回过程中出现横摇、"枯叶"上浮现象。     

水面平板下方非球状爆炸气泡运动数值模拟

基于势流假设,采用线性三角形单元直接边界元法对气泡外的水流流场进行计算,并采用二阶龙格-库塔法追踪气泡形状变化。同时,为了保证数值计算稳定,采用弹性网格技术对气泡表面网格进行光滑处理,并对近距离情况水下爆炸进行了计算,得到了气泡外形和作用于平板表面上压强随时间变化的规律。将计算结果与已有结果进行了比较分析,两者吻合较好,证明了该计算方法和计算程序的可信性。     

一种新的激光探潜方法

提出了一种不同于现有激光探潜原理的新方法,该方法利用潜艇尾流中气泡的光散射特性来探测和跟踪潜艇.对该方法的原理进行了简单的介绍,还对所涉及到的几个关键问题进行了初步的探讨和研究.     

潜射导弹出水过程空化流数值计算

运用Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用动网格和复合网格技术,提出复杂外形潜射导弹出水过程中空化流数值计算方法。对头肩部、舵面及突起物的空化生成、演化及影响因素进行分析。仿真结果表明:出水过程初期空化数降低使附体空泡迅速扩大,随后对空泡脱落与振荡的影响将更为显著;肩部以15 m/s的速度出水时产生空化并随速度上升而迅速增长,5°~10°攻角时肩空化非对称性显现;舵面空化受出水速度影响较小,攻角小于等于5°时空化面积小于全舵面积的10%,但攻角大于5°后空化面积迅速增长至50%以上;减小突起物尺寸有利于避免空化产生,突起物空化受攻角影响较小,但在高速下可诱导临近弹体产生空化。     

复杂外形导弹出水过程空化流数值计算研究

基于Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用动网格和复合网格技术,提出了一种复杂外形潜射导弹出水过程中空化流数值计算方法。对头肩部、舵面及突起物的空化生成、演化及影响因素进行了分析。结果表明,出水过程初期空化数降低使附体空泡迅速扩大,随后空泡脱落与振荡的影响将更为显著；肩部在15m/s出水时产生空化并随速度上升而迅速增长, - 攻角时肩空化非对称性显现；舵面空化受出水速度影响较小, 攻角以下时空化面积小于全舵面积的10%,但攻角超过 后空化面积迅速增长至50%以上；减小突起物尺寸有利于避免空化产生,突起物空化受攻角影响较小,但在高速下可诱导临近弹体产生空化。     

短脉冲激光作用下爆发沸腾的温度及汽泡行为研究

采用短脉冲激光加热浸没在丙酮液池的铂薄膜电阻的方法,以及高压电火花单次放电高速照相技术,在国内首次建立了超急速爆发实验台,达到了微秒级的温度频响和2×106帧/s的高速照相.研究发现,随着激光热流密度增加,试件表面温度快速升高到一饱和值,与过热液体的动力学理论极限温度非常接近.拍摄到了与常规沸腾很不相同的蘑菇云式爆发沸腾照片.试件表面及临近表面的微薄液层内瞬间爆发生成大量大小相当的细小汽泡,汽泡脱离直径远低于经典Fritz公式计算值,上浮速度先快后慢.     

改进的固定边界上方气泡射流方向判定准则

前人应用开尔文冲量理论得到了判断固定边界上方气泡射流方向的Blake准则,但其预测精度在特定参数范围内不足。为此,通过考虑气泡内压力变化并引入边界效应,提出了改进的气泡射流方向判断准则,使用边界元方法模拟结果对其进行验证,比较了改进模型与传统Blake准则的预测结果,并分析了无量纲强度参数对改进模型预测结果的影响。研究表明,改进的模型比传统Blake准则具有更高的预测精度。改进的理论模型能够为水下爆炸、海底资源勘探等领域提供理论参考。