超音速尾流作用下通气空泡稳定性及闭合位置数值研究

作者：赵小宇; 向敏; 张为华; 刘波; 李尚中

来源：力学学报, 2021, 53(12): 3298-3309.

• 通气空泡
• 射流
• 可压缩
• 稳定性
• 数值研究

以喷气推进为动力的水下超空泡航行体,通气空泡的稳定性和空泡形态控制问题是关键所在.本文利用VOF耦合水平集界面追踪方法,考虑气体的可压缩性,通过改变射流强度和模型长度,开展了一系列通气空泡和超音速尾射流相互作用的数值仿真,重点分析了通气空泡的稳定性和闭合位置.数值结果表明:(1)在超音速尾射流作用下,通气空泡的界面会经历膨胀、颈缩、断裂回缩过程,然后开始周期性震荡泄气.通气空泡的形态长度相较于无射流条件下大大减小;(2)气液界面两侧强剪切有可能诱导空泡失稳溃灭,而这种空泡失稳机制主要取决于两个无量纲参数■(射流推力和空化器阻力之比)和■(模型长度和空化器直径之比),■越大,■越小,空泡越容易失稳.在此基础上,进一步总结了算例中出现稳定和失稳两种状态的临界曲线;(3)空泡越稳定,喷管出口的压力波动的幅度和频率就越低,此时通气空泡能为火箭发动机提供稳定的工作;(4)对于空泡失稳的工况,空泡闭合在喷管出口;而空泡稳定的工况,喷管出口到闭合位置的长度只与■有关,与模型长度无关.

• 单位
  国防科技大学