《空泡演化與潰滅過程的建模與控制參量分析》是依託中國科學院力學研究所，由王一偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：空泡演化與潰滅過程的建模與控制參量分析
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王一偉
- 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
水下發射過程研究具有突出的工程套用背景，並包含了高速水動力學中典型的關鍵科學問題, 其中潰滅壓力是影響結構安全的關鍵因素，而潰滅載荷的大小在很大程度上與出水時的空泡形態相關。本項目研究主要針對空泡演化和潰滅關鍵過程的物理機理，以CFD和精細實驗為基本手段，重點關注回射流的發生演化及其對空泡狀態的影響、自由面-水體-空化區的相互作用等環節，在豐富的計算和實驗數據基礎上，獲取描述出水空泡形態的方程，確定出水時空泡穩定的參數範圍，並針對不同形態的空泡，探索建立潰滅過程的物理模型，獲得控制參數的影響規律。與之同時，針對航行體運行不同階段，嘗試分別確定相似參數的取捨條件與模型試驗結果的修正方法。研究成果將深化和推動水動力學基礎理論的發展，促進高速航行體水動力學載荷機理認識和載荷預示能力的提升。
結題摘要
水下發射過程研究具有突出的工程套用背景，並包含了高速水動力學中典型的關鍵科學問題, 其中潰滅壓力是影響結構安全的關鍵因素，而潰滅載荷的大小在很大程度上與出水時的空泡形態相關。本項目研究主要針對空泡演化和潰滅關鍵過程的物理機理，以CFD和精細實驗為基本手段，重點關注回射流的發生演化及其對空泡狀態的影響、自由面-水體-空化區的相互作用等環節，探索建立相應過程的物理模型，獲得控制參數的影響規律。 項目執行過程中，主要在以下三方面取得了重要的結果： (1) 利用量綱分析方法，確定了通常條件下起控制作用的無量綱參數，並通過對典型工況的分析研究了其中難以保證相似的無量綱參數的影響規律。針對空泡穩定性、空泡潰滅和通氣空泡等關鍵問題，進一步對控制參數進行了分類和擴充，並給出了每個問題中最關心的控制參量表達式形式或控制因素，為制定試驗方案、獲取規律性認識打下了基礎。 (2) 關於空泡穩定性，針對水平發射雲狀空泡，研究了航行過程空泡不穩定性的形成機制，形成了回射流動力學模型；針對垂直發射工況，建立了空泡脫落準則並將表達式具體化，討論了垂直發射脫落條件相似的條件保證要求；基於大渦模擬方法深入探究了空泡流場的細節， 獲得了回射流動的形成條件以及脫落空泡雲的演化規律。 (3) 關於空泡潰滅，闡明了潰滅高壓主要來自於空泡界面水層對航行體壁面的衝擊，獲得了潰滅演化過程的特徵和機制，從而歸納得出潰滅壓力的物理模型，並澄清了空化數、弗勞德數雙參數相似方式的問題。進一步量綱分析了航行體運動和變形對水動壓力的擾動作用的控制因素，通過流固耦合方法獲得了兩者的耦合效應與機制。 項目執行過程中在國內外重要期刊中發表了多篇學術論文，並參加了多次學術會議促進了合作與交流工作。研究成果將深化和推動水動力學基礎理論的發展，促進高速航行體水動力學載荷機理認識和載荷預示能力的提升。
