水下超声速气体射流喷射过程及周围复杂流场的数值计算

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2、件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保密口，在不保密固。嚣蔷；挚绑日期：纩。哗年痧月!副1年解密后使用本版权书。指导教日期：日浙江理工大学硕士学位论文水下超声速气体射流喷射过程及周围复杂流场的数值计算水下超声速气体射流喷射过程及周围复杂流场的数值计算·NumericalSimulationontheInjectionProcessandSurroundingComplexFlowFieldsofUnderwaterSupersonicGa

3、sJets‘本论文及课题受国家自然科学基金(10672144)和浙江省自然科学基金(Y107073)资助。I浙江理工大学硕士学位论文水下超声速气体射流喷射过程及周围复杂流场的数值计算摘要水下超声速气体射流是指气体从孔口或喷管以超声速射出，进入液相环境后，在水中作扩散流动并形成复杂的气水掺混与界面不稳定性的现象。水下超声速气体射流是一个相当复杂的物理过程，广泛应用于国防工业、石油化工、航空航天等工程实践。从早期的水下火箭点火技术的研究到水下潜射导弹破水发射的研究，以及冶金工艺中的气动搅拌，相关的研究一直吸引着国内外学者的关注。水下超声速气体射流也是一个重要的基础理论研究课题，主要的

4、研究内容包括了射流的演变状况，气液边界运动演化、气液两相界面的不稳定性、气液两相流掺混和射流内部力学本质的解释等。现今国内外，气液两相流的研究主要集中在两相之间的传质传热，较少地将目光集中在气液相之间的掺混、气液界面不稳定性方面的研究。因此，研究水下气体射流，包括实验研究和数值研究，都将丰富气液两相流学科研究内容，尤其是对两相流中气水相互作用的力学机制与动力学行为的研究，更是对两相流学科发展中的重要拓展。本文建立了基于ANSYSFLUENT的数值计算二维轴对称模型，对水下超声速气体射流进行了基于VOF方法的数值模拟。给出了水下超声速气体射流初期气泡运动演化过程，得到了气泡生成、长

5、大到被下一个气泡冲破过程中的一般规律以及射流喷射过程中发生的胀鼓与回击现象并对胀鼓和回击进行了分析；着重分析了不同工况下水下超声速气体欠膨胀射流和过膨胀射流的流场结构，以及射流喷射过程中流场的压力和速度等参数分布以及变化规律。最后，数值模拟结果与相关实验研究进行了比照，得到了良好一致度的结果。例如：水下超声速气体射流流场中存在的复杂的激波胞室结构，复杂激波胞室结构影响射流流场的参数变化，引起胀鼓与回击以及流场压力振荡等现象。本文证实了相关文献提出的射流内部存在复杂激波结构的相关理论。关键词水下超声速气体射流，VOF方法，数值模拟，欠膨胀射流，过膨胀射流，激波AbstractUnd

6、erwatersupersonicgasjetisagasjetfromtheorificeornozzleintotheliquidenvironmentatasupersonicspeed，whichdiffusedinthewaterflowandcausedacomplexgas．watermixingandinterfaceinstabilitiesphenomenon．Underwatersupersonicgasjetisafairlycomplexphysicalprocesseswhichiswidelyusedinthedefenseindustry，petr

7、ochemical，aerospaceandotherengineeringpractices．Earlystudiesaboutunderwatersupersonicgasjetwasfromunderwaterrocketignitiontechnologytotheunderwatersubmarine-launchedmissilelaunchbrokenwaterandairmixinginmetallurgicalprocesseslater．Relevantres