水下航行体尾部双通道射流试验及仿真研究

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水下气体射流现象是指气流从喷管中以一定速度射出,进入水环境后扩散并形成复杂的水气两相混合流动的现象。带动力发射的潜射航行体、以水冲压发动机为动力源的超空泡航行体等水下武器,水下运动过程中发动机从尾部向水中喷射出高压气体,形成水下航行体尾部射流。水下航行体尾部射流问题,涉及到亚、跨音速气体射流从喷管口射出后,与具有相同方向流速的水介质产生相互耦合作用的多相流场问题。超空泡鱼雷在其加速过程中,助推发动机和主发动机同时工作,还涉及到多通道射流流场的干扰与融合问题,其流场特性更为复杂。本文针对水下航行体尾部双通道射流现象,设计了水洞实验,对静水环境以及来流作用下水下航行体尾部双通道射流的初期与稳态流场特性进行研究。使用STARCCM+建立了水下航行体尾部双通道射流计算模型,分别对静水环境以及来流作用下水下航行体尾部双通道射流初期流场特性进行了系统研究。设计了水下航行体尾部双通道射流简化模型,基于循环水洞设备搭建了实验测试系统。数值模拟方面,选择了适用本文的湍流模型及多相流模型,完成了数值计算方法研究和算法验证。开展了静水环境下水下航行体尾部双通道射流试验和数值模拟研究。通过实验总结了不同通气流量下射流的初期演化规律,研究了通气流量对稳态射流形态,以及稳态射流在喷管出口截面压力脉动的影响规律。通过数值模拟研究,得到了射流初期演化过程中射流内部压力变化等规律。开展了来流作用下水下航行体尾部双通道射流试验和数值模拟研究,得到了双通道射流初期演化规律以及射流内部压力变化规律。开展不同来流速度与通气流量情况下的试验和仿真研究,总结了上述两个因素对双通道射流融合时间以及稳态射流有效长度的影响规律。对不同工况下射流压力脉动信号进行频谱分析,得出了水流与气体射流对流场压力震荡特性的影响规律。
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