水下兩相沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)工作機(jī)理的數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著高速、高性能艦船及水下航行體飛速發(fā)展,發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)成為決定其性能的關(guān)鍵因素。水下兩相沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)利用沖壓效應(yīng)可以在更高的航行速度下具有很好的性能，占用的有效載荷和有效空間較小，避免了空蝕對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的破壞，適應(yīng)復(fù)雜工況的能力很強(qiáng)，因此水下兩相沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)受到極大關(guān)注。
　　水下兩相沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作機(jī)理是水從發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口流入，流經(jīng)進(jìn)水道沖壓后，其速度下降，壓力升高；高壓氣體從氣體噴嘴噴出后在混合室內(nèi)與經(jīng)過(guò)進(jìn)水道沖壓后的水混合形

2、成氣-水兩相混合物，使混合室內(nèi)氣-水兩相混合物的壓力升高；氣-水兩相混合物流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管壓力降低而速度升高，從發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口噴出的氣-水兩相混合物在發(fā)動(dòng)機(jī)出口處的速度大于水在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口處的速度，從而產(chǎn)生推力。本文應(yīng)用數(shù)值模擬方法重點(diǎn)研究了典型水下兩相沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)氣-水兩相混合流的流體動(dòng)力學(xué)特性，并且研究了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能與相關(guān)參數(shù)間的關(guān)系，為水下兩相沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的研究提供了技術(shù)準(zhǔn)備和前期研究成果。
　　本文分析了數(shù)值方法所引入的

3、不確定性和誤差；基于均質(zhì)平衡流理論并考慮氣-水兩相之間的速度差異的情況下，運(yùn)用N-S方程和RANS中的8種湍流模型模擬典型水下兩相沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)二維軸對(duì)稱的氣-水兩相混合流動(dòng)。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，認(rèn)為 Realizablek湍流模型更適合定常流動(dòng)情況，并驗(yàn)證了數(shù)值方法的可靠性。
　　基于上述的數(shù)值模擬方法，研究了典型水下兩相沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)流場(chǎng)，分析結(jié)果表明，文中所研究的典型結(jié)構(gòu)形式的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣-水兩相混合流動(dòng)的流動(dòng)形式為類似環(huán)狀流

4、的流動(dòng)，空氣沿著混合室和噴管的內(nèi)壁形成一個(gè)環(huán)狀含氣區(qū)，而水則在氣環(huán)的中間形成液相軸心，空氣與水之間是明顯的分界層；得到了發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)參數(shù)，如壓力、速度和含氣率等物理量的分布規(guī)律以及通氣參數(shù)和流場(chǎng)參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)參數(shù)和分界層厚度的影響；來(lái)流速度較高時(shí)，不噴入空氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口處自然空化，而噴入空氣后自然空化現(xiàn)象消失。
　　應(yīng)用動(dòng)量流量法推導(dǎo)出了用計(jì)算域網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)參數(shù)表示的水下兩相沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)推力及其動(dòng)態(tài)分量和靜態(tài)分量的計(jì)算式，研究了發(fā)