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
Численное моделирование гидродинамики обтекания тела в режиме суперкавитации
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, k−ϵ 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.
- Рождественский B. B. Кавитация. Ленинград : Судостроение, 1977. 247 c.
- Савченко Ю. Н. Исследование суперкавитационных течений // Прикладна гiдромеханiка. 2007. Т. 9, № 2. С. 150–158.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Manninen M., Taivassalo M. On the mixture model for multiphase flow. Espoo : Technical Research Centre of Finland, VTT Publications 288, 1996. 67 p.
- Launder B.E., Spalding D. B. Lectures in mathematical model of turbulence. London : Academic Press, 1972. 176 p.
- 97 просмотров