不同亚格子模型在水翼云空化数值计算中的适用性分析

作     者：洪锋 薛环铖 张帆 胡涛 HONG Feng;XUE Huancheng;ZHANG Fan;HU Tao

作者机构：三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点试验室湖北宜昌443002 三峡大学机械与动力学院湖北宜昌443002 江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 

出 版 物：《排灌机械工程学报》 (Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering)

年 卷 期：2022年第40卷第9期

页      面：915-920页

核心收录：

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 0903[农学-农业资源与环境] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51809121) 湖北省教育厅科研计划项目(Q20211202) 水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室开放基金资助项目(2020KJX08,2021KJX11) 

主　　题：非定常空化 水翼 亚格子模型 空泡脱落 数值模拟 

摘      要：为了研究不同亚格子模型在计算绕二维Clark-Y水翼非定常空化流动中的适用性,基于均相流假设及Zwart空化模型,并分别利用Wall-Adapting Local Eddy-Viscosity(WALE),Smagorinsky-Lilly,Algebraic Wall-Modeled LES Model(WMLES)及Dynamic Kinetic Energy Sub-grid Scale Model(KET)4种不同亚格子模型对控制方程组进行封闭.得到了云空化时不同亚格子模型预测的翼型升阻力系数、不同位置处流场时均速度分布、空泡形态周期性变化等非定常流动特征,并与相应试验数据进行对比.研究表明:与其他亚格子模型的预测结果相比,WALE模型模拟得到的平均升力系数与试验测量值最吻合,二者相对误差仅在1%以内,且其预测的瞬时升力系数与相应试验值也呈现较为一致的震荡规律;WALE模型能更准确地捕捉云空化阶段空泡非定常演变特征,包括翼型前缘附着型空穴增长,以及在回射流作用下片状空泡的断裂和云空泡脱落行为.基于WALE模型的计算结果,采用Q准则表达了水翼空化尾迹的旋涡结构,发现空泡的脱落及云状空泡的形成诱发了旋涡产生.