轴对称细长体无分离流动的数值模拟

摘要

当水下航行体高速前进时，会遇到很大阻力。如果在高雷诺数下能实现无分离流，则具有流线型的轴对称细长体具有很好的减阻性能。 本文探讨了实现流动不分离的方法，利用数值模拟方法对三种实现无分离流的方法：特定的物面轮廓控制逆压区、加扰流环和采用小细长比进行了研究。着重分析了在物体中间段的逆压区长度和逆压梯度大小对实现无分离流的影响，研究了通过中间段物面轮廓斜率的变化控制逆压区长度来实现无分离流的可行性。物体的几何外形特别是中段物面斜率变化大的区域是控制逆压区的关键，因而文中对三种特定的中段具有不同物面斜率变化情况的轴对称细长体做了研究，结果表明它们实现无分离流的情况各不相同。物面斜率变化大时导致逆压区较短，逆压梯度较大，没有实现无分离流动；物面斜率变化小时导致逆压区较长，逆压梯度较小，能够实现无分离流动。结合上述细长体模型对加扰流环和小细长比的情况进行了研究，结果表明适当设置扰流环和采用较小的细长比可以得到无分离流，探讨了扰流环和细长比对实现无分离流动的影响。 鉴于逆压梯度较小的轴对称细长体有利于实现无分离流动的结果，提出了一种新的实现无分离流动的方法：设计具有上述压力分布特点的轴对称细长体模型来实现无分离流动。设计出在后半部具有上述压力分布特点的轴对称细长体模型并进行数值模拟，结果表明本文所设计的轴对称细长体模型能够很好的实现无分离流动。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究超高速水下航行体的背景及意义

1.2高速水下航行体试验与理论的研究现状

1.2.1超空泡流与流动分离的试验研究

1.2.2超空泡流数值模拟研究

1.2.3无分离无空泡流动的试验研究和数值模拟

1.3本论文的主要研究内容

第2章数值计算方法

2.1壁面的边界层处理

2.1.1壁面函数法

2.1.2加强壁面处理

2.2多相流求解模型

2.2.1多相流流动的基本控制方程

2.2.2汽泡与液相的质量交换模型

2.3本章小结

第3章细长体流动分离特性

3.1细长体理论

3.1.1速度势方程

3.1.2一阶近似方程

3.1.3二阶近似方程

3.2流动分离的特性

3.2.1流动分离现象及其产生原因

3.2.2边界层分离的判别准则

3.2.3分离流动的特性

3.3实现无分离流动的方法

3.3.1压力梯度分布、轮廓形状与无分离流动

3.3.2扰流环与流动无分离

3.3.3小细长比与无分离流动

3.4本章小结

第4章流动分离控制的算例

4.1概述

4.1.1不加扰流环V-1

4.1.2不加扰流环V-2

4.1.3加扰流环V-1

4.1.4不加扰流环V-3

4.1.5 V系列轮廓比较

4.2 V-系列轴对称细长体算例分析

4.2.1算例1--细长轴对称体V-1

4.2.2算例2-细长轴对称体V-2

4.2.3算例3-加环的V-1

4.2.4算例4-细长轴对称体V-3

4.3轴对称细长体算例N-0024分析

4.4本章小结

第5章无分离流轴对称细长体的设计

5.1无分离流轴对称细长体N-1

5.2无分离流轴对称细长体的设计方法

5.2.1概述

5.2.2算例

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢