| 该图是流场的密度分布云图，红色区域是高密度区，数值大小为998kg/m，与流体密度相等，所以红色区域代表流场中流体分布情况。蓝色区域是低密度区，数值大小约为0.075kg/m，等于饱和水蒸汽的密度，所以蓝色区域代表超空泡在流场中的分布情况。蓝色和红色之间的区域是过渡区域，是汽液混合区域。可以看出，在定常条件下，空泡长度随着速度的增加而迅速增加。图3给出了来流速度为50m/s产生超空泡时的压强分布云图，红色区域为高压强区，蓝色区域为低压区域。
图4~图6给出了来流速度为50m/s时的流场速度分布矢量图。图5为圆盘空化器周围流场的局部放大图。通过观察和检验没有发现奇异的速度区域。图6为超空泡尾流的局部放大图，在空泡尾部能够看到比较明显的回注射尾流。
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(a) 40m/s
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(b) 50m/s
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(c) 60m/s
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(d) 70m/s
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(e) 80m/s
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(f) 90m/s
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(g) 100m/s
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图2不同来流速度下空泡形态比较
图3压强分布云图（50m/s）
图4速度分布矢量图（50m/s）
图5空化器周围流场（50m/s）
图6超空泡尾部回注射流（50m/s）
图7给出了CFD模拟计算得到的空化数随空泡长度的变化情况，并与文献［6］中空化数与空泡长度关系的经验公式进行了比较。经验公式和数值计算的结果在趋势上保持一致，并且在空化数较小的情况下，两者差别很小。
图7空泡数与空泡长度之间的关系
图8是随着航行速度的增加，圆盘空化器所受到的阻力 的变化情况。图9是空化器阻力系数随着航行速度的增加的变化情况。阻力系数是按照定义式 求解得到的。通过图8和图9可以得出结论：（1）虽然随着航行速度的增加，空化器受到的阻力逐渐增大，但是空化器的阻力系数却是急剧减小的；（2）从图8阻力曲线斜率逐渐的增大和图9阻力系数曲线逐渐平稳可以看出，空化器阻力有加速增加的趋势，这就要求我们在超空泡武器航行速度的选择上，不能一味追求高速，需要在速度和阻力方面达到平衡统一。
图8空化器所受阻力随速度变化
图9空化器阻力系数随速度变化
6结论
（1）采用Fluent商业软件进行数值模拟超空泡流动计算是可行的，通过进行合理的湍流参数设置，计算结果能够比较好的满足工程应用的需要。
（2）通过CFD模拟仿真计算，分析了航行体速度与超空泡形态的关系。
（3）Fluent模拟超空泡流动的优点在于可以方便地模拟各种复杂的流场和复杂空化器形状的计算，缺点是在模拟空化数较小的超空泡流动时，要求迭代的次数较多，计算时间长。
参考文献
1 Savchenko, Y N. Supercavitation-problems and perspectives[C]. Fourth international symposium oncavitation. Pasabena: California institute of technology: 2001.
2 顾建农, 张志宏,高永琪. 充气头型对超空泡轴对称体阻力特性影响的试验研究[J]. 兵工学报, 2004, 25(6): 766-769.
3 Yuriy N S.Supercavitation-problems and perspectives [C].Kyiv,Ukraine:Nation academy of science-institute of hydromechanics(CAV2001),2001:NO.003.
4 Singhal A K,LI Hong,JIANG Yun .Mathematical basis and validation of the full cavitation model [C].A SM E Paper FEDSM 2001-18015, Proc.of 2001 A SM E Fluids Engineering Division Summer Meeting. New Orleans,orleans,Louisiana,2001.
5 Kunz R F,Lindau J W,Billet M L,et al.Multphase CFD modeling of developed and supercavitating flows[R],RTO-EN-010,NO.13,RTO (the research and technology organization of NATO) AVT Lecture Series on Super- cavitatingFlows ,Brussels,Belgium,2001.
6 Franc J P,Michel J M.Fundamentals of Cavitation [M].Kluwer Academic Publishers,2004:97-129. 2/2 首页 上一页 1 2 |
