基于动力学模态分解的空化水射流非定常流场演化分析

作     者：陈德开 唐文献 陆亚琳 曹秀清 周磊 CHEN Dekai;TANG Wenxian;LU Yalin;CAO Xiuqing;ZHOU Lei

作者机构：江苏科技大学机械工程学院江苏镇江212003 江苏海狮机械股份有限公司江苏张家港215600 

出 版 物：《机床与液压》 (Machine Tool & Hydraulics)

年 卷 期：2024年第52卷第18期

页      面：162-170页

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 080103[工学-流体力学] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：2021年度张家港市科技计划项目(ZKC2108) 

主　　题：空化射流 数值计算 动力学模态分解 重构流场 

摘      要：空化水射流具有流速高、湍流强等特点,其空化流动结构十分复杂。因此,准确、快速地从非定常流场的海量数据中提取关键信息,并分析空化水射流的流动特性十分必要。基于FBDCM模型对RNG模型的湍流黏度进行修正,并考虑剪切应力对空泡形成的影响,对空化模型进行修正,与试验结果进行对比;采用动力学模态分解(DMD)方法对空化流场的空泡体积分数场进行模态分解。结果发现:1阶模态为平均流场,是流场的主要结构;2阶模态与空化云周期性脱落、溃灭的动力学行为有关;3、4阶模态表现出流场的高频行为;随着进口压力的增大,空泡脱落与溃灭的演变程度越来越剧烈,空泡尺寸与空穴长度逐渐增加,而2阶模态的频率逐渐降低,使得空化射流的流动周期变长。最后,将DMD重构流场与真实流场进行对比发现,随着进口压力的增加,DMD重构流场的误差增大,不过重构流场的最大误差仍低于1%,表明DMD方法能够准确地提取空化流场的流动特征。