双回转体并联入水过程多相流动及运动特性研究

发布时间：2022-11-12 10:00

　　并联入水是指多个回转体在空间上呈并列排布状态并以一定顺序在极短的时间内从空气穿越自由液面,进入水中的过程,其不仅具有常规入水问题所涉及的入水空泡、喷溅、回射流等复杂流动现象,同时还存在多回转体相互扰动及流场与运动的耦合影响,是一类典型的动态流固相互作用问题。并联入水具有极强的工程应用背景,如水雷的布撒及机载灭雷射弹的跨介质入水,饱和攻击时空投鱼雷、反潜导弹等跨介质武器联合攻击,均涉及到并联入水问题。本文采用理论分析、试验及数值模拟相结合的方法,研究了低弗劳德数下回转体并联入水过程中入水空泡的发展、多相流场结构的演化、回转体的运动特性及弹道失稳机理,分析了并联入水过程中空泡演化及回转体弹道失稳的影响因素,并给出了弹道失稳的临界时空条件。具体研究内容及成果如下:采用时序控制的推拉式电磁铁释放结构及可调轨道支架,设计了可实现回转体同步、异步及不同速度、不同轴线间距并联入水的试验系统,通过高速摄像方法对试验数据进行采集,并通过自编程序,实现了对试验图像数据中回转体质心位移及姿态角的批量自动提取。基于RANS方程,引入了VOF自由液面追踪技术以及六自由度模型,采用重叠网格方法,建立了可用于并联入... 

【文章页数】：208 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外研究现状分析
        1.2.1 入水试验研究现状
        1.2.2 入水过程数值计算研究现状
        1.2.3 入水问题理论研究现状
        1.2.4 研究现状综述
    1.3 主要研究内容
第2章 试验方法与数值计算方法及验证
    2.1 引言
    2.2 试验方法
        2.2.1 试验系统与流程
        2.2.2 数字图像处理方法
    2.3 数值计算方法
        2.3.1 基本控制方程
        2.3.2 多相流模型
        2.3.3 湍流模型
        2.3.4 重叠网格方法
    2.4 计算模型及方法验证
        2.4.1 计算模型及网格划分
        2.4.2 网格无关性验证
        2.4.3 湍流模型对比
        2.4.4 计算有效性验证
    2.5 本章小结
第3章 同步并联入水过程空泡及运动特性试验研究
    3.1 引言
    3.2 回转体入水过程空泡流动特性分析
        3.2.1 回转体单独入水过程空泡流动特性
        3.2.2 回转体并联入水过程空泡流动特性
    3.3 入水速度对回转体并联入水过程影响
        3.3.1 入水速度对空泡演化影响
        3.3.2 入水速度对回转体运动特性影响
    3.4 轴线间距对回转体并联入水过程影响
        3.4.1 轴线间距对深闭合空泡演化影响
        3.4.2 轴线间距对表面闭合空泡演化影响
        3.4.3 轴线间距对回转体运动特性影响
    3.5 本章小结
第4章 同步并联入水三维空泡演化动力学模型
    4.1 引言
    4.2 单独入水动力学方程建立
        4.2.1 单独入水过程初边值问题分析
        4.2.2 回转体动力学方程及空泡演化方程
        4.2.3 基于渐进理论的速度势分析
        4.2.4 计算模型求解
    4.3 同步并联双空泡演化扰动模型建立
        4.3.1 动力学建模简化方法
        4.3.2 有势壁面速度势分析
        4.3.3 计算模型验证
    4.4 三维空泡形态演化模型
        4.4.1 非线性影响函数建立
        4.4.2 计算结果验证
    4.5 并联入水空泡形态三维演化特性
    4.6 本章小结
第5章 同步并联入水多相流场及流体动力特性
    5.1 引言
    5.2 单独入水过程多相流场特性
        5.2.1 单独入水过程多相流场结构
        5.2.2 单独入水过程流场局部流动特性
    5.3 并联入水过程多相流场及流动不稳定特性
        5.3.1 多相流场结构及流动不稳定性
        5.3.2 流场压力分布特性
        5.3.3 局部流动及空泡边界不稳定性
    5.4 并联入水过程流体动力特性及弹道失稳机理
        5.4.1 流体动力及弹道失稳特性
        5.4.2 壁面压力分布及弹道失稳机理
        5.4.3 运动特性及流体动力特性影响因素
    5.5 本章小结
第6章 异步并联入水流场扰动及弹道失稳特性
    6.1 引言
    6.2 时序非对称扰动深闭合特性空泡演化
        6.2.1 旁侧扰动空泡演化
        6.2.2 临界扰动空泡演化
        6.2.3 弱扰动空泡演化
    6.3 时序非对称扰动表面闭合特性空泡演化
        6.3.1 旁侧扰动空泡演化
        6.3.2 临界扰动空泡演化
        6.3.3 弱扰动空泡演化
    6.4 异步并联入水流场扰动演化及流体动力特性
        6.4.1 旁侧扰动多相流场结构
        6.4.2 流体动力特性及弹道失稳机理
    6.5 回转体弹道失稳临界时空条件
    6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]高速旋转小球入水空泡特性数值模拟[J]. 夏维学,王聪,魏英杰,张孝石.  哈尔滨工业大学学报. 2018(04)
[2]半疏水-半亲水球体垂直入水空泡数值仿真研究[J]. 孙钊,曹伟,王聪,路中磊.  兵工学报. 2017(05)
[3]加热球体入水空泡实验研究[J]. 李佳川,魏英杰,王聪,邓环宇.  物理学报. 2016(20)
[4]正浮力开放腔体圆柱壳垂直入水数值研究[J]. 路中磊,魏英杰,王聪,陈晨.  振动与冲击. 2016(16)
[5]回转体倾斜入水空泡及弹道特性实验[J]. 宋武超,王聪,魏英杰,许昊.  北京航空航天大学学报. 2016(11)
[6]基于高速摄像实验的开放腔体圆柱壳入水空泡流动研究[J]. 路中磊,魏英杰,王聪,孙钊.  物理学报. 2016(01)
[7]利用巡航导弹进行饱和攻击研究[J]. 丁启伟,赵晶,王燊燊.  战术导弹技术. 2015(03)
[8]空气域压力对高速射弹入水流场影响[J]. 陈晨,马庆鹏,魏英杰,王聪.  北京航空航天大学学报. 2015(08)
[9]不同头型运动体高速入水空泡数值模拟[J]. 马庆鹏,魏英杰,王聪,赵成功.  哈尔滨工业大学学报. 2014(11)
[10]圆柱体低速入水空泡试验研究[J]. 何春涛,王聪,何乾坤,仇洋.  物理学报. 2012(13)

博士论文
[1]开放空腔壳体入水过程多相流动特性研究[D]. 路中磊.哈尔滨工业大学 2017
[2]典型运动体入水过程多相流动特性研究[D]. 何春涛.哈尔滨工业大学 2012

硕士论文
[1]空投鱼雷入水技术研究[D]. 路龙龙.西北工业大学 2006



本文编号：3706163