《基於空泡群動力學的空化模型與空化流動計算方法研究》是依託中國科學院力學研究所，由杜特專擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於空泡群動力學的空化模型與空化流動計算方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：杜特專
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
空化可能導致系統運行異常、結構破壞、噪聲等問題，是水下高速推進面臨的主要問題之一。本項目圍繞空化內部流場及其巨觀效應，開展計算方法研究。通過數值模擬和理論推導，分析氣泡分布狀態對氣泡群巨觀特性的影響規律，建立包含氣泡群效應的空化模型；通過流場分析獲取影響氣泡狀態的主控流場參量，並採用數值模擬和理論分析總結其對氣泡輸運和演化的影響規律，進而基於輸運方程建立相應的數值模型；最後，在基於大渦模擬和均相流動的計算平台上進行二次開發，建立能夠描述空化區內氣泡狀態和巨觀效應的計算方法並進行驗證。通過該項目有望在空化流動精細數值模擬方面做出進展，為工程設計提供新的方法。
結題摘要
空化現象是水下高速航行體和高速推進技術面臨的主要問題，其可能誘發噪聲、系統運行異常、結構振動甚至破壞等負面影響。隨著計算機技術的高速發展，數值模擬逐漸為空化研究的有力手段。現有的空化模型大多只能給出空泡的體積分數，難以準確描述空化流動的內部結構。對於相同體積分數下的不同空化結構來說，氣泡間的相互作用會對潰滅特徵產生較大影響。為了掌握空化區內部結構信息、準確地預測空化潰滅的特徵，進一步揭示空化流動的機制，本文建立了能夠描述空化區內部結構及其對巨觀流場影響的數值模型。首先，本文在均相空化模型的基礎上，引入氣泡數密度輸運方程，並基於氣泡分裂的物理模型推導了對應的氣泡數密度源項，建立了空化區內部結構演化模型。其次，本文基於氣泡動力學方程推導得到了包含氣泡數密度影響的空化相變模型，將其與氣泡數密度輸運方程耦合，建立了一套宏-微觀相結合的空化流動計算模型。為了考慮氣泡間的相互作用對潰滅的影響，文章進一步通過氣泡群潰滅過程的量綱分析和直接數值模擬建立了包含氣泡相互作用的空化相變率模型。本文以鈍錐頭航行體雲狀空化流動的模型實驗結果為驗證依據，說明了建立的模型不僅能夠捕捉巨觀空泡形態的演化，還可以給出豐富的空化區內部結構信息。同時，本文還利用新的模型討論了雲狀空化的形成機制，以及回射流對空化區內部結構演化的影響，顯示了空化流動新模型的優越性。
