开放空腔壳体入水扰动流场结构及空泡失稳特征

摘要：

采用高速摄像实验和数值计算相结合的方法,对开放空腔壳体入水过程中空腔内气体涨缩对入水空泡的扰动机理和扰动作用下空泡局部失稳特征开展研究.基于实验观测结果,对比开放空腔和封闭空腔两种壳体入水空泡形态差异性,获得开放空腔壳体入水空泡波动特征,并根据能量守恒定律和能量转化关系,定性分析空腔自激扰动机理和扰动引起的空泡波动机理.基于数值计算结果,结合实验观测到的空泡阶段性局部失稳现象,定量分析空泡局部的结构性失稳特征和流动性失稳特征,并参照边界层理论和漩涡理论,揭示了空泡局部失稳机理.结果表明:入水冲击压缩空腔气体形成扰动源,对流场结构形成周期性扰动,导致空泡波动;撞水前空腔气体经冲击压缩密度升高,导致入水后气体首次膨胀阶段部分气体外泄,改变分离点流动,空泡局部结构失稳;空泡壁面流动具有类边界层流动特性,波动形态空泡形成多级回流现象,并逐级作用在空泡凹陷位置,使局部掺混区厚度增加,产生涡旋、转捩流动,空泡局部云化失稳;空泡逐级在波谷位置闭合、脱落,伴随大尺度漩涡生成,脱落过程形成拟序结构流场,漩涡导致脱落空泡迅速溃灭,但不会对附着空泡的流动产生影响.

关键词：开放空腔壳体、扰动、流场结构、空泡失稳

所属期刊栏目：66

分类号：TU9;TU4

资助基金：国家自然科学基金11672094;黑龙江省自然科学基金A201409;哈尔滨市科技创新人才研究专项基金批准号:2013RFLXJ007资助的课题. Project supported by the National Natural Science Foundation of ChinaGrant 11672094;the Natural Science Foundation of Heilongjiang Province, ChinaGrant A201409;the Special Foundation for Harbin Science and Technology Innovation Talents of ChinaGrant 2013RFLXJ007

在线出版日期：2017-04-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共15页

页码：167-181