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轴线间距对圆柱体低速并联入水空泡演化影响试验研究汇报人：2024-01-24

目录contents引言试验装置与方法轴线间距对空泡演化影响分析数值模拟与试验结果对比分析圆柱体低速并联入水动力学特性研究结论与展望

01引言

圆柱体低速并联入水是涉及多物理场耦合的复杂流动现象，广泛存在于海洋工程、航空航天等领域。空泡演化是影响圆柱体入水性能的重要因素，而轴线间距是影响空泡演化的关键参数。研究轴线间距对圆柱体低速并联入水空泡演化的影响，对于优化入水结构设计、提高入水性能具有重要意义。研究背景和意义

对于轴线间距对并联入水空泡演化影响的研究相对较少，且主要集中在数值模拟和理论分析方面。随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，未来研究将更加注重多物理场耦合效应和非线性现象的分析。国内外学者针对圆柱体入水问题开展了大量研究，主要集中在单圆柱体入水、双圆柱体串列入水等方面。国内外研究现状及发展趋势

010405060302研究目的：揭示轴线间距对圆柱体低速并联入水空泡演化的影响规律，为优化入水结构设计提供理论支撑。研究内容设计并搭建圆柱体低速并联入水试验系统，实现不同轴线间距下的入水试验。采用高速摄像技术捕捉空泡演化过程，分析轴线间距对空泡形态、溃灭时间等特征参数的影响。结合数值模拟方法，揭示轴线间距影响空泡演化的内在机制。基于试验结果和数值模拟分析，提出优化入水结构设计的建议。研究目的和内容

02试验装置与方法

水池圆柱体模型并联机构测量系统试验装置介绍长×宽×深=10m×5m×3m，配备有高速摄像系统和照明系统，用于记录空泡演化过程。采用双缸并联结构，通过调节两个液压缸的行程来实现圆柱体的低速并联入水。直径D=0.1m，高度H=0.5m，由铝合金制成，表面光滑。包括压力传感器、位移传感器和速度传感器，用于实时监测圆柱体入水过程中的各项参数。

将圆柱体模型安装在并联机构上，调整机构位置使圆柱体轴线与水面垂直，并进行系统调试。安装与调试参数设置试验过程数据采集设定入水速度、入水深度和并联机构间距等试验参数。启动并联机构，使圆柱体以设定的速度缓慢入水，同时启动高速摄像系统记录空泡演化过程。通过测量系统实时采集入水过程中的压力、位移和速度等数据。试验方法与步骤

对采集到的原始数据进行滤波、去噪等预处理操作，以消除干扰信号。数据预处理从预处理后的数据中提取出反映空泡演化特性的关键特征参数，如空泡形态、空泡闭合时间等。特征提取对提取的特征参数进行统计分析，研究不同轴线间距对空泡演化规律的影响。数据分析将分析结果以图表、曲线等形式呈现，以便更直观地展示试验结果。结果呈现数据采集与处理

03轴线间距对空泡演化影响分析

123随着轴线间距的增大，空泡形态由单泡向双泡转变，空泡间相互作用减弱，空泡稳定性增强。在较小轴线间距下，空泡间存在明显的吸引和排斥作用，导致空泡形态发生复杂变化，如融合、分裂等。当轴线间距增大到一定程度后，空泡间相互作用基本消失，空泡形态趋于稳定，呈现出规则的球形或椭球形。不同轴线间距下空泡形态变化

在空泡生成初期，空泡内部压力高于外部压力，随着空泡的膨胀和发展，内部压力逐渐降低。空泡溃灭时，内部压力迅速降低至外部压力以下，形成负压区域，吸引周围液体向空泡中心汇聚。轴线间距的变化会影响空泡内外压力差的分布和大小，进而影响空泡的稳定性和溃灭特性。010203空泡演化过程中压力分布特性

空泡溃灭时间及溃灭形态分析随着轴线间距的增大，空泡溃灭时间延长，溃灭形态由剧烈向平缓转变。在较小轴线间距下，空泡溃灭时产生较大的冲击力和噪声，对周围环境和结构造成较大影响。当轴线间距增大到一定程度后，空泡溃灭时冲击力和噪声显著降低，对周围环境和结构的影响减小。

04数值模拟与试验结果对比分析

数值模拟方法介绍针对空泡演化问题，需要选择合适的多相流模型进行模拟。常用的多相流模型包括VOF（VolumeofFluid）模型、Mixture模型等多相流模型选择采用计算流体动力学（CFD）方法，通过求解Navier-Stokes方程，对圆柱体低速并联入水过程进行数值模拟基于Navier-Stokes方程的CFD方法针对圆柱体低速并联入水问题，建立合适的计算域，并进行网格划分。在边界条件设置方面，需要考虑入水速度、入水角度、重力加速度等因素，以模拟实际入水过程。网格划分与边界条件设置

空泡形态对比通过数值模拟和试验观察，对比不同轴线间距下圆柱体低速并联入水过程中的空泡形态。发现数值模拟结果能够较好地预测空泡的生成、发展和溃灭过程，与试验结果在空泡形态方面具有较好的一致性。入水速度对空泡演化的影响分析数值模拟结果，探讨不同入水速度对空泡演化的影响。发现随着入水速度的增加，空泡的生成和发展速度加快，空泡溃灭时的能量也相应增加。轴线间距对空泡演化的影响通过数值模拟和试验