[發明專利]一種高速可壓縮超空泡流動特性的分析方法

在審

• 申請號: 201710887696.8
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107784161A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 王國玉;李達欽;張佳悅;梁廷輝;黃彪
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)11639
• 代理人: 毛燕

1.一種高速可壓縮超空泡流動特性的分析方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟一：建立幾何模型；

以回轉體結構的水下高速航行體為研究對象，確定回轉體的幾何參數，采用建模軟件進行幾何建模；

步驟二：對步驟一建立的幾何模型及流體計算域進行網格劃分；

將步驟一中得到的水下高速航行體模型導出曲面到網格劃分軟件，并在網格劃分軟件中建立流體計算域，分塊對流域進行網格劃分，并進行網格無關性驗證，得到最優網格數；

步驟三：邊界條件及計算方法設置；

將網格文件導入FLUENT中，對邊界條件、采用的計算模型、計算方法進行設置；

步驟四：通過對CFD軟件進行二次開發實現水的物質屬性可壓縮修正；

選擇液態水和汽態水作為流體工質，其中液態水作為主相，考慮液態水在高速時可壓縮特性，根據可壓縮水的Tait狀態方程編譯用戶自定義公式UDF，對水的密度屬性進行修正，并定義水中有效聲速；將蒸汽態水設置為第二相，并將蒸汽態水物質屬性設置為理想氣體；

步驟五：基于步驟一至步驟四的設置開展高速可壓縮超空泡流動特性的數值計算分析，即實現一種高速可壓縮超空泡流動特性的分析方法。

2.如權利要求1所述的一種高速可壓縮超空泡流動特性的分析方法，其特征在于：還包括步驟六，利用步驟一至步驟五所述的一種高速可壓縮超空泡流動特性的分析方法對高速可壓縮超空泡流動過程進行數值仿真分析，將數值模擬結果與實驗結果對比，驗證一種高速可壓縮超空泡流動特性的分析方法的準確性，可行性。

3.如權利要求2所述的一種高速可壓縮超空泡流動特性的分析方法，其特征在于：步驟六具體實現方法包括如下步驟，

步驟6.1：利用后處理軟件對Fluent中的計算結果進行后處理，得到壓力、密度、速度、體積分數等流場信息云圖以及定量的分布情況；

步驟6.2：將步驟6.1數值分析結果與實驗結果或經典實驗數據進行對比，驗證驗證數值計算方法的準確性，可行性。

4.如權利要求1所述的一種高速可壓縮超空泡流動特性的分析方法，其特征在于：還包括步驟七：利用步驟一至步驟五所述的一種高速可壓縮超空泡流動特性的分析方法對高速可壓縮超空泡流動過程進行數值仿真分析，以揭示高速可壓縮超空泡流動規律及機理，從而為水下高速航行體的結構設計提供理論基礎，并能夠解決水下高速航行體實際應用工程問題。

5.如權利要求1、2、3或4所述的一種高速可壓縮超空泡流動特性的分析方法，其特征在于：

步驟二具體實現方法包括如下步驟，

步驟2.1：將步驟一中得到的水下高速航行體模型導出曲面到網格劃分軟件，并在網格劃分軟件中建立足夠大的流體計算域，足夠大的流體計算域指大到能夠忽略流域邊界對水下高速航行體周圍流場的影響，而后對水下高速航行體及流域各面進行定義；

步驟2.2：將流域分塊劃分結構化網格，考慮壁面效應對水下高速航行體周圍網格著重加密，為了保證計算精度，必須保證y+在合理范圍之內；

步驟2.3：進行網格無關性驗證，以阻力系數及空泡輪廓雙重指標作為驗證標準，取多組不同網格數的流域進行相同工況的計算，針對計算結果取穩定流場中的空泡輪廓和阻力系數，前后兩次預測結果均與實驗結果差異小于預設值時網格達到計算精度，此時為最優值，即得到最優網格數。

6.如權利要求5所述的一種高速可壓縮超空泡流動特性的分析方法，其特征在于：

步驟2.2中所述的y⁺＝yu_τ/ν_l為衡量網格精度的指標，其中y為第一層網格的厚度，u_τ為壁面摩擦速度，ν_l為水的運動黏度；所述的合理范圍針對水下高速航行體優選30≤y⁺≤60；

步驟2.3中所述的預設值選5％；

步驟二中所述的網格劃分軟件包括ICEM或POINTWISE軟件。