孙钊，曹伟，王聪，魏英杰（哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001）



表面润湿性对球体入水空泡形态的影响研究

孙钊，曹伟，王聪，魏英杰
（哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001）

摘要：基于Navier-Stokes方程，采用流体体积法多相流模型，并引入动网格技术，对不同表面润湿性球体的垂直入水问题开展了数值模拟研究。将球体垂直入水空泡形态的数值结果与实验结果进行对比，验证了数值结果的正确性。对不同润湿性球体的垂直入水空泡形态的研究结果表明，球体入水空泡形态主要有4种:完全无空泡、深闭合空泡、面闭合空泡以及类面闭合空泡。入水初期形成的液体薄层是影响随后产生空泡形态的关键因素。进一步分析表明，生成不同空泡形态的临界速度与球体的表面润湿性有密切关系，建立了描述入水空泡生成的临界速度与表面接触角关系的经验公式。

关键词：流体力学；表面润湿性；空泡形态；面闭合；球体入水

曹伟（1978—），男，副教授，博士生导师。E-mail：caowei@ hit. edu. cn；

王聪（1966—），男，教授，博士生导师。E-mail：alanwang@ hit. edu. cn；

魏英杰（1975—），男，教授，博士生导师。E-mail：yingjiewei@ hit. edu. cn

0 引言

当固体以一定速度撞击自由水面时，会在水面以下形成与空气连通的开口空腔，称为入水空泡。入水空泡的存在对空投鱼雷、导弹、超空泡射弹等运动体入水瞬间的流体动力特性具有重大的影响。有关入水问题的研究在其他领域具有同样重要意义，如船舶抨击、跳弹现象、水上行走生物的运动等。

近几年来，由于高速摄影技术的快速发展，致使入水问题成为众多研究工作者的关注热点。……