【摘 要】
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空化是一种自然现象,当流体内部的压力低于或等于饱和蒸汽压力时,就会产生空化现象.人们对空化流的研究目的有两方面.一方面,由于空化不仅会造成船舶螺旋桨、涡轮机和水泵等
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空化是一种自然现象,当流体内部的压力低于或等于饱和蒸汽压力时,就会产生空化现象.人们对空化流的研究目的有两方面.一方面,由于空化不仅会造成船舶螺旋桨、涡轮机和水泵等工作效率大大降低,而且会对它们产生强烈的汽蚀破坏作用;另一方面,空化特别是超空化会使水下航行体受到的阻力大大降低,尤其是摩擦阻力.研究空化绕流动力学问题的经典求解方法是基于势流理论和细长体理论的各种边界元方法、摄动法等.应用这些方法人们已经做了许多研究工作,并取得了大量的研究成果,在一定程度上通过了实验的验证.该文采用基于速度势的奇点面元法,对二维水翼进行了研究;基于细长体理论和采用摄动法,对轴对称细长体空化器进行了研究,得到了一些数值结果和近似解析结果.该文主要做了如下工作:首先,基于势流理论,针对二维超空化和局部空化水翼,采用奇点面元法进行了分析.此方法在水翼表面和空泡表面上采用了分布法向偶极子和源.经过数值计算发现:在迭代确定空泡表面位置过程中,源分布起着重要的作用;该次所选择的空泡尾部封闭条件在确定空泡形状时是非常有效的;该数值方法具有很好的收敛性.其次,为方便工程上的应用,该文针对二维超空化水翼流场,采用奇点面元法,分析了空化数随空泡长度变化的规律,给出了空化数和空泡长度之间的回归关系.此回归关系是用非线性函数表示的,其中的参数可由最小二乘法与高斯-牛顿迭代法来确定.为了验证此关系式的可靠性,我们分析研究了两种不同类型的水翼,即:平板水翼和有厚度无拱高的水翼(NACA16-004).研究结果表明:该文选取的拟合方法是非常有效的.最后,基于细长体理论和采用摄动法,该文在可压缩流体假设下,对轴对称空化器的亚声速和超声速空化绕流问题,进行了分析研究.结果表明:对于亚声速情况,该文得到的计算结果与实验数据是一致的;对于超声速情况,锥体边缘的边界条件在细长体理论范围内是不满足的.在超声速流中,当锥形空化器的锥半角小于5°时,可按细长体理论处理.
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