頭部噴氣物跨越氣液界面的流體動力學特性研究

《頭部噴氣物跨越氣液界面的流體動力學特性研究》是依託西安交通大學，由王煥然擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：頭部噴氣物跨越氣液界面的流體動力學特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王煥然
• 依託單位：西安交通大學

項目摘要

頭部噴氣發射物入水問題是一個非定長、非線性的問題，它與很多空間科技和軍事科技前沿問題密切相關。探索頭部噴氣發射物入水衝擊的緩衝機理，具有重要的學術價值和軍事套用價值。項目組擬採用高速攝影技術以及PIV雷射粒子測速儀等設備，對頭部噴氣發射物穿越氣液界面引起的水體自由表面突變過程、自由表面附近流場的變化規律、水下氣穴的形成機制及頭部噴氣在減緩入水衝擊和穩定彈道方面進行實驗研究，試圖揭示發射物體、噴氣氣流與水體相互作用的流體動力學機理。同時，嘗試用ALE（Arbitrary Lagrange-Euler）方法，直接數值模擬頭部噴氣發射物的入水過程。最終，揭示入水初期水面表層流場及自由表面的突變規律，建立能夠正確描述入水物體所受到衝擊作用與運動物體形狀、自身質量、入水角度、入水速度、運動物體頭部噴氣速度和噴氣質量等因素之間關係的數學模型。

結題摘要

該項目是一個非定常、非線性的物體發射入水問題，它與很多空間科技和軍事科技前沿問題密切相關。項目完成了物體入水的瞬態特性研究、圓柱彈體垂直入水空泡瞬態特性研究、圓柱體垂直入水衝擊特性研究以及頭部形狀和Froude數對彈體入水空泡形態影響的數值模擬研究等主要研究內容，建立了物體入水實驗系統和壓縮空氣衝擊實驗系統，並進行了相應的模型試驗和測試，開展了物體頭部噴氣、無頭部噴氣以及不同頭部形狀入水過程的模擬計算，發展了氣泡動力學的界面捕獲數值技術（Level- Set方法及VOF方法），同時建立了能夠正確描述入水物體所受到衝擊作用與運動物體形狀、自身質量、入水角度、入水速度、運動物體噴氣速度和噴氣質量等因素之間關係的數學模型，研究了物體入水過程的壓力、速度、衝擊載荷、阻力性能的變化，揭示了發射物體、噴氣氣流與水體相互作用的流體動力學機理，這些機理為進一步研究物體入水問題提供了全新思路。研究結果對推動水中兵器的發展具有重要意義。