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绕水翼局部空化流动演变机理及通气影响数值计算研究

绕水翼局部空化流动演变机理及通气影响数值计算研究

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作者：王子豪大连理工大学

学位级别：硕士

空化流动是一种伴随着相变、湍流等非定常特征的多尺度空泡复杂流动。局部空化流动过程的非定常性是导致螺旋桨空蚀、噪声以及水力机械振动等问题出现的主要原因。向空化流场通入不可凝结气体有望改善空化流动的负面效应。因此,掌握局... 详细信息

空化流动是一种伴随着相变、湍流等非定常特征的多尺度空泡复杂流动。局部空化流动过程的非定常性是导致螺旋桨空蚀、噪声以及水力机械振动等问题出现的主要原因。向空化流场通入不可凝结气体有望改善空化流动的负面效应。因此,掌握局部空化流动演化机理以及非定常空化流动的改善机制对解决空化的负面影响具有重要的理论意义和实际应用价值。本文采用理论分析和数值计算相结合的方法,开展绕水翼局部空化流动演变机理及通气影响研究。首先,基于均质平衡流理论,利用流体域体积方法（VOF）模拟气液交界面,采用大涡模拟方法求解湍流流动,使用Schnerr-Sauer空化模型模拟空化相变过程,从而建立了非定常空化流动的数值计算模型。通过将数值模拟结果与已有的试验结果分别进行空泡形态与压力波动的对比,验证数值方法的有效性。其次,基于所建立的数值计算模型,采用NACA0015水翼模型作为研究对象,对局部自然空化流动的演变机理进行深入研究。通过空泡形态、压力波动、速度场等特性,重点分析冲击波机制下空化流场的演化规律,深入探讨冲击波的生成机制及演化规律。通过空化流场周期性流动特征和流体动力特性,研究空化数对局部自然空化演变机理的影响规律。此外,为探究通气对局部空化流动演化机理影响,通过在NACA0015水翼前缘设置通气缝,开展通气条件下绕水翼空化流动演化特性数值计算。通过探讨空泡形态、压力脉动、速度场以及涡旋结构等参量的特性,重点分析通气对冲击波演化机制的影响。最后,为探究通气对空化流场负面影响的改善,以NACA66水翼模型作为研究对象,进行自然空化与通气空化的预报和对比。通过对比分析压力载荷和空化流场的非定常特性以及水翼尾流场的湍流度与湍流积分尺度,评价通气对空化流场压力载荷、速度脉动以及涡旋尺度的改善效果。

关键词：水翼局部空化冲击波通气作用演化机理

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