航行体跨介质垂直破冰出水过程数值模拟

【作者】 董清晨； 赵欣； 黄彪； 刘涛涛；

【机构】 北京理工大学机械与车辆学院； 北京理工大学宇航学院；

【摘要】 本文构建了统一框架下的冰-水-固多物理场耦合模型,并模拟了刚性半球头航行体的垂直破冰出水过程。采用边界数据浸入法来处理固-液的相互作用,采用VOF方法来追踪气液界面,并采用键型近场动力学方法对海冰进行动力学建模。通气空泡的演化过程和气液界面形状的数值模拟结果与实验结果有较好的一致性。对于航行体和冰层之间的相互撞击过程,数值计算结果得到的裂纹形状和数量均与实验结果吻合。文中分析了半球头航行体垂直破冰出水过程中冰裂纹的扩展形态、空泡形态、流场压力和速度。结果表明,航行体在出水之前,其头部附近的流场主要受到剪切效应的影响,当航行体出水时则主要受到旋转和弯曲效应的共同影响。另外,还讨论了不同冲击速度对冰层破坏形式的影响。更多还原