Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)


Для цитирования:

Жильцов К. Н., Тырышкин И. М., Ищенко А. Н., Дьячковский А. С., Чупашев А. В. Численное моделирование гидродинамики обтекания тела в режиме суперкавитации // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2025. Т. 25, вып. 1. С. 70-79. DOI: 10.18500/1816-9791-2025-25-1-70-79, EDN: ODBWYX

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
28.02.2025
Полный текст:
(downloads: 30)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
004.942:531.3:532.3
EDN: 
ODBWYX

Численное моделирование гидродинамики обтекания тела в режиме суперкавитации

Авторы: 
Жильцов Константин Николаевич, Национальный исследовательский Томский государственный университет
Тырышкин Илья Михайлович, Национальный исследовательский Томский государственный университет
Ищенко Александр Николаевич, Национальный исследовательский Томский государственный университет
Дьячковский Алексей Сергеевич, Национальный исследовательский Томский государственный университет
Чупашев Андрей Владимирович, Национальный исследовательский Томский государственный университет
Аннотация: 

Работа посвящена исследованию высокоскоростного обтекания удлиненного тела в водной среде на различных глубинах в режиме суперкавитации. Целью исследования является изучение состояния окружающей среды в окрестности тела, погруженного в воду, и возможного влияния возмущений среды на движение в воде группы метаемых тел. При моделировании обтекания применялась математическая модель сжимаемой среды на основе уравнений Навье – Стокса. Учитывались двухфазность, турбулентность и процесс фазового перехода с использованием моделей Смеси, kϵ и полной модели кавитации Сингхала. В работе рассматривались удлиненные конические ударники с различными диаметрами кавитатора и обтекаемые потоком жидкости с различной скоростью. Численные результаты приводились в сравнении с экспериментальными результатами, полученными при метании ударников на гидробаллистической трассе на базе Научно-исследовательского института прикладной математики и механики Томского государственного университета. В результате численного моделирования было показано, что предложенная математическая модель позволяет точно предсказывать геометрическую форму и размеры каверны. Численные результаты также хорошо согласуются с полуэмпирической аппроксимационной формулой для формы каверны. Расчеты показывают, что в окрестности тела формируется ударно-волновая картина течения и возмущения потока распространяются на достаточное удаление от тела. На прямом уступе с переднего торца тела — кавитатора — происходит срыв потока, а за скачком уплотнения происходит резкое понижение давления до значений давления насыщенного пара. Геометрические размеры каверны зависят от скорости и окружающего давления: чем больше скорость потока, тем больше размеры каверны. Из расчетов следует, что при повышении давления среды, в случае имитации глубоководного метания при одних и тех же условиях для скорости, происходит уменьшение объема каверны и сокращение области распространения возмущений среды, что может положительно сказываться на кучности метания группы тел в воде.

Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 19-19-00233).
Список источников: 
  1. Рождественский B. B. Кавитация. Ленинград : Судостроение, 1977. 247 c.
  2. Савченко Ю. Н. Исследование суперкавитационных течений // Прикладна гiдромеханiка. 2007. Т. 9, № 2. С. 150–158.
  3. Hrubes J. D. High-speed imaging of supercavitating underwater projectiles // Experiments in Fluids. 2001. Vol. 30, iss. 1. P. 57–64. https://doi.org/10.1007/s003480000135
  4. Truscott T. T., Epps B. P., Belden J. Water entry of projectiles // Annual Review of Fluid Mechanics. 2014. Vol. 46. P. 355–378. https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-011212-140753
  5. Кулагин В. А., Пьяных Т. А. Исследование кавитационных течений средствами математического моделирования // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и Технологии. 2012. Т. 5, № 1. С. 57–62. EDN: OXZAOD
  6. Xulong X., Tao X. Hydrodynamic characteristics of a supercavitating vehicle’s aft body // Ocean Engineering. 2016. Vol. 114. P. 37–46. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2016.01.012
  7. Saranjam B. Experimental and numerical investigation of an unsteady supercavitating moving body // Ocean Engineering. 2013. Vol. 59. P. 613–626. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2012.12.021
  8. Qing Mu, Yipin Lv, Kangjian Wang, Tianhong Xiong, Wenjun Yi Numerical simulation on the cavitation flow of high speed oblique water entry of revolution body // Mathematical Problems in Engineering. 2019. Vol. 2019. P. 1–10. https://doi.org/10.1155/2019/8034619
  9. Chunyong Fan, Zengliang Li, Khoo B. C., Mingchao Du. Supercavitation phenomenon research of projectiles passing through density change area // AIP Advances. 2019. Vol. 9, iss. 4. Art. 045303. https://doi.org/10.1063/1.5087625
  10. Van-Tu Nguyen, Warn-Gyu Park. Numerical study of the thermodynamics and supercavitating flow around an underwater high-speed projectile using a fully compressible multiphase flow model // Ocean Engineering. 2022. Vol. 257. Art. 111686. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.111686
  11. Ищенко А. Н., Афанасьева С. А., Буркин В. В., Дьячковский А. С., Чупашев А. В. Исследование взаимного влияния группы ударников при высокоскоростном одновременном входе в воду // Письма в журнал технической физики. 2019. Т. 45, № 20. С. 47–50. https://10.21883/PJTF.2019.20.48395.17950, EDN: LYQMTM
  12. Huang X., Cheng C., Zhang X. Machine learning and numerical investigation on drag reduction of underwater serial multi-projectiles // Defence Technology. 2022. Vol. 18, iss. 2. P. 229–237. https://doi.org/10.1016/j.dt.2020.12.002
  13. Xu C., Khoo B. C. Numerical investigation on free surface effect on the supercavitating flow over a low aspect ratio wedge-shaped hydrofoil // Journal of Hydrodynamics. 2020. Vol. 32, iss. 1. P. 20–30. https://doi.org/10.1007/s42241-020-0003-7
  14. Патанкар С. В. Численное решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах / пер. с англ. Е. В. Калабина под ред. Г. Г. Янькова. Москва : Изд-во МЭИ, 2003. 312 с. EDN: QMIDVJ
  15. Manninen M., Taivassalo M. On the mixture model for multiphase flow. Espoo : Technical Research Centre of Finland, VTT Publications 288, 1996. 67 p.
  16. Launder B.E., Spalding D. B. Lectures in mathematical model of turbulence. London : Academic Press, 1972. 176 p.
Поступила в редакцию: 
29.06.2023
Принята к публикации: 
17.11.2023
Опубликована: 
28.02.2025