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1、第34卷第5期2012年5月艦船科學(xué)技術(shù)SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYVd．34，No．5May，2012波浪中氣泡運(yùn)動的數(shù)值模擬劉二平1，付英杰2，郝劉倉2，蘇浩2，李建東3(1．中國人民解放軍海軍駐保定地區(qū)航空軍事代表室，河北保定071000；2．中國船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所，河北邯鄲056027；3．天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津300072)摘要：通過推飯?jiān)觳ǚ椒?，?yīng)用FLUENT動網(wǎng)格技術(shù)(DynamicMesh)及UDF(User．definedfunction)建立數(shù)值波浪，從而構(gòu)建數(shù)值水槽。對建立的數(shù)值波浪與氣泡運(yùn)動方程耦合求解，分析氣泡在波浪中的變形與運(yùn)動
2、。結(jié)果表明，波浪中氣泡相對靜水中更容易保持穩(wěn)定的球形。且不易發(fā)生聚合。這將為艦船尾流中氣泡運(yùn)動研究提供有價值的參考。關(guān)鍵詞：推板造波；氣泡運(yùn)動；數(shù)值模擬中圖分類號：035文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672—7649(2012)05-0036-05doi：10．3404／j．issn．1672-7649．2012．05．008NumericaIsimulationofbubblemotioninwavesLIUEr-pin91，F(xiàn)UYing—jie2，HAOLiu—can92，SUHa02，LIJian-don93(1．AviationMilitaryDelegateOfficeofPLAinBa
3、odingDistrict，Baoding071000，China；2．The718ResearchInstituteofCSIC，Handan056027，China；3．CollegeofMechanicalEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract：Inthispaper，anumericalwavemodelwasestablishedbasedonthetechnologyofDynamicMeshandUser-definedfunctioninFLUENT，andthewavewasproducedbyth
4、emotionofWaVe·makingplate．Toinvestigatethebubbledeformationandmovement，couplingcalculationofwavemodelandbubblemotionequationwascarriedout．Theresultsshowthatthebubblemoreeasilymaintainedsphericalshapeandnocoalescent．Thisresearchprovidesworthyreferencesfortheinvestigationofwarshipwake．Keywords：pistonw
5、avemaking；bubblemotion；numericalsimulation0引言艦船航行過程中，由于螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)空化及沿艦船吃水線滲入空氣等原因，會在海水中產(chǎn)生大量氣泡，形成艦船尾流。由于波浪的存在，尾流中氣泡變形、運(yùn)動均要受到影響。波浪中氣泡運(yùn)動的數(shù)值模擬需要建立數(shù)值水波與氣泡動力學(xué)方程耦合進(jìn)行求解，此類研究目前國內(nèi)外較少。Sand等?繼續(xù)對線性造波理論進(jìn)行發(fā)展驗(yàn)證，同時對長周期波的二階效應(yīng)進(jìn)行了研究。Schaffer口。在結(jié)合勢流理論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了造波板運(yùn)動的二階數(shù)學(xué)模型，進(jìn)收稿日期：2012一叭一1I；修回日期：2012—02一Ol作者簡介：劉二平(1977一)，男。從事火
6、控系統(tǒng)及艦船尾流研究。一步發(fā)展了線性造波理論。在氣泡的數(shù)值模擬方面，Davies和Taylorpl推導(dǎo)出了較大氣泡上升速度的公式，證實(shí)上升速度與氣泡的曲面半徑有關(guān)。JosephHl在考慮流體的粘性及表面張力基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了具有普適規(guī)律的氣泡上升速度公式。Kok”1通過對2個并排放置氣泡運(yùn)動所受阻力的研究，證實(shí)2個并排放置的氣泡在運(yùn)動中所受阻力比單一氣泡運(yùn)動所受阻力大。本文基于CFD軟件FLUENT進(jìn)行水中氣泡運(yùn)動及變形模擬，并采用推板造波方法建立了數(shù)值波浪。重點(diǎn)研究了波浪作用下氣泡的運(yùn)動及變形，并與靜第5期劉二平，等：波浪中氣泡運(yùn)動的數(shù)值模擬·37·水中情況進(jìn)行了對比，得到了波浪對氣泡運(yùn)動及變形
7、的影響規(guī)律。l控制方程1．1推板造波控制方程推板式造波的造波板初始位置為運(yùn)動的平衡位置，設(shè)為原點(diǎn)，造波板做簡諧運(yùn)動，運(yùn)動規(guī)律如下：1)位移方程S(c)：iAosin∞￡；(1)2)速度方程F(￡)：iAo山c。s∞t。(2)式中：A。為造波板沖程；∞為造波板運(yùn)動角頻率。1．2氣泡運(yùn)動控制方程氣泡運(yùn)動的控制方程¨1主要有以下3種：1)連續(xù)性方程V·“=0；(3)2)考慮表面張力的動量方程p(蓑+(“
