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。
【作者】汪剑锋；
【导师】施红辉；王超；
【作者基本信息】浙江理工大学，流体机械及工程，2014，硕士
【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；

【参考文献】
[1]徐琼.未成年人刑事审判方式研究[D].西南政法大学,诉讼法,2012,硕士.
[2]顾守柏,邹勇.基于OPENGIS、COMGIS、RS技术的城市规划资料管理信息系统[J].微型电脑应用.2004(05)
[3]叶青,魏培莲,尤玉如,刘士旺,杨农建.HPLC法直接测定啤酒中微量甲醛方法的研究[J].食品与发酵工业.2006(09)
[4]潘博.腹腔镜与开胸Heller手术治疗贲门失弛症的比较[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[5]潘章源.TAP1基因对断奶仔猪F18大肠杆菌抗性和部分免疫指标的效应分析[D].扬州大学,动物遗传育种与繁殖,2012,硕士.
[6]赵海艳.基于石墨烯纳米复合材料的生物传感器研究[D].河北医科大学,药物分析学,2014,硕士.
[7]欧松.复杂虚拟产品设计与计算环境[J].计算机工程与设计,2005,08:2174-2177.
[8]林森.大连新晨呼叫中心系统营销策略研究[D].大连理工大学,工商管理,2004,硕士.
[9]丁毅.马钢原料厂计算机控制系统[J].冶金自动化,1994,02:51-52.
[10]于东明.高校学生管理系统的设计与实现[D].辽宁科技大学,计算机技术,2012,硕士.
[11]毛小明.司法实践中的缔约过失责任制度研究[D].上海交通大学,法律,2013,硕士.
[12]王维.以“六安瓜片”为例探究皖西绿茶产业特性及发展对策[D].首都经济贸易大学,产业经济学,2014,硕士.
[13]伍海亮.无底柱分段崩落法中铲运机斗容与相关因素之间的关系的研究[D].西安建筑科技大学,采矿工程,2004,硕士.
[14]吴石英.出生人口性别比偏高问题综合治理研究[D].安徽大学,人口学,2014,硕士.
[15]戚艳红.新型磁流变阻尼器结构设计与性能分析[D].北京交通大学,2013.
[16]黄红立.中华优秀传统文化融入大学德育工作研究[D].湖南大学,教育学,2013,硕士.
[17]宋燕敏,闵涛,曹荣章,杨争林,胡俊,沈利华.电力市场运营系统的自适应设计构想[J].电力系统自动化,2005,02:5-7+55.
[18]李勇五.《诗经》“周南”“召南”名义、地域及时代考[D].山西大学,中国古代文学,2004,硕士.
[19]冯睿章.藏医药治疗2型糖尿病临床疗效研究[D].成都中医药大学,民族医学,2012,硕士.
[20]唐立岷.~(18)F-FDG PET在诊断乳腺癌和淋巴结转移中的价值[D].青岛大学,放射医学,2013,硕士.
[21]宋磊.骶髂关节骨折的临床解剖学数字化仿真平台的建立与应用[D].第一军医大学,2007.
[22]刘德民.侧风对自然通风湿式冷却塔性能影响的三维数值研究[D].北京交通大学,2015.
[23]陈卓,刘万军,何晓军.一种基于数据仓库决策支持系统的有效模型[J].辽宁工程技术大学学报,2004,S1:23-24.
[24]赵少可.碳关税与WTO相符性研究及我国应对措施[D].中国社会科学院研究生院,国际经济法（专业学位）,2014,硕士.
[25]李洪庆.超高强钢汽车零件热成形工艺及模具设计准则研究[D].华中科技大学,材料加工工程,2013,硕士.
[26]夏玲杰.硫酸氢咪唑离子液体中合成高分子量的聚天冬氨酸方法研究[D].黑龙江大学,环境科学,2013,硕士.
[27]卫丹.高知女性双性化人格特征与择偶偏好的关系[D].沈阳师范大学,发展与教育心理学,2013,硕士.
[28]周庆飞,戴胜华,李正交,李窍盛.遗传算法在列车运行控制模型中的应用[J].计算机系统应用,2014,09:102-106.
[29]张滔滔,王景光.数据挖掘在CRM中的应用[J].管理与财富,2003,03:23-24.
[30]梅帅帅.敬语使用的社会语言学分析[D].青岛大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[31]刘巍然.商标权刑事保护的比较研究[D].北京外国语大学,国际法,2014,硕士.
[32]吴博.雾霾协同治理的府际合作研究[D].华中师范大学,行政管理,2014,硕士.
[33]全远丽.建筑物表面风压及周围风环境的数值模拟研究[D].暨南大学,2007.
[34]袁红军,高振平,刘民,李军,王劲松,王振升,谭振华,赵淑萍.东营凹陷博兴洼陷浊积岩特征及油气藏类型[J].石油地球物理勘探,2010,S1:167-171+240+256.
[35]李莎.基于立方体分类的五坐标加工干涉检测及刀轴修正算法研究[D].西安建筑科技大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[36]樊玲玲.湿地公园游客体验与游后行为意向的关系研究[D].浙江大学,2010.
[37]汪悦.辽、金朝慈善活动研究[D].西南大学,专门史,2013,硕士.
[38]陈小玲.清化饮对慢性胃炎脾胃湿热证胃黏膜蛋白的影响[D].福建中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2014,硕士.
[39]安帅.线路的电晕及绝缘子的选型优化研究[D].上海电力学院,电力系统及其自动化,2014,硕士.
[40]本报记者李阳丹.部分公司频发利好掩护股东套现[N].中国证券报,2013-03-20A11.
[41]陈思.混合式培训中网络培训个性化策略研究[D].沈阳师范大学,教育技术学,2013,硕士.
[42]王璐.自拟凉血解毒汤治疗掌跖脓疱病的疗效观察[D].黑龙江中医药大学,中医外科（专业学位）,2013,硕士.
[43]陈建新.机构投资者持股特征与上市公司盈余质量的实证研究[D].天津财经大学,会计学,2012,硕士.
[44]杨慧.月球水泥混凝土制备及其性能的研究[D].浙江工业大学,2012.
[45]王晓慧.女性改良自我形象评分与粪失禁生活质量问卷中文版本研制与中国人群验证[D].北京协和医学院,临床医学,2014,博士.
[46]郭铌,朱燕君,王介民,邓朝平.近22年来西北不同类型植被NDVI变化与气候因子的关系[J].植物生态学报,2008,02:319-327.
[47]段军.新兴技术改变生活[J].发明与创新(中学时代),2010,04:5-8.
[48]李金凤.财富之旅：劫掠与再生[D].山东师范大学,电影学,2012,硕士.
[49]程先东.多方式客运通道结构演变与发展研究[D].北京交通大学,2011.
[50]包依平.电网运行方式评估及系统开发[D].湖南大学,电力系统及其自动化,2012,硕士.