不可壓縮空腔流振蕩特性研究.pdf

1、由于流體流經空腔,會產生壓強、速度等脈動,進而會產生噪音,所以近年來許多流體力學研究者對其進行深入研究。盡管空腔流研究持續(xù)了許多年,對于如何判定空腔流的是否發(fā)生振蕩以及振蕩模式,眾多研究者都給出了不同的判別的標準,尤其在水流場研究中,這個問題就比較突出。
　　本文采用不可壓縮模型,采用實驗方法和數(shù)值計算方法來研究空腔水流場的振蕩特性。在實驗研究中,采用了PIV技術對不同長深比L/H和來流速度U的空腔流進行測試。在數(shù)值計算研究中,采

2、用了大渦數(shù)值模擬的方法。
　　通過對不同長深比L/H和不同來流速度U的空腔流進行實驗,我們發(fā)現(xiàn):空腔流場有典型的三渦結構。在前緣邊界層的剪切作用下,形成一個順時針方向旋轉的大渦形成于腔內靠下游壁面的一側。這個大渦占據(jù)腔內大部分區(qū)域。在大渦的挾帶作用下,腔內底部靠前緣有一個逆時針旋轉的較小渦,在后緣角部還可觀察到一個逆時針旋轉的很小的渦。
　　本文通過三維效應、網格無關性網格疏密的影響以及亞格子應力模型的影響這以及與實驗結果對

3、比這幾個方面來論證數(shù)值計算結果的可信性。分析結果表明,數(shù)值計算是可信的。
　　空腔流實際上是三維流動,本文用三維計算結果與二維計算結果進行比較,考察了二維計算的有效性。網格劃分的疏密以及亞格子應力模型也可能對計算結果產生影響。本文通過三維效應、網格無關性網格疏密的影響以及亞格子應力模型的影響這三個方面,論證了數(shù)值計算結果的可信性。分析結果表明:計算的三維效應、計算域的網格劃分疏密和亞格子應力模型對基于腔長L的斯特魯哈數(shù)St以及腔內

4、壁阻力系數(shù)CD有的大小有較大影響,但對空腔流的振蕩模式以及渦的基本形態(tài)沒有顯著影響。本文采用二維計算模型和計算方法研究不可壓縮空腔流的主要振蕩特性是可行的。
　　1流經空腔的水流是否發(fā)生振蕩與空腔前緣動量損失厚度、來流速度U以及空腔腔長L有關,空腔前緣動量損失厚度與來流速度U是通過表征壁面的剪切強度的摩擦速度來影響空腔流的振蕩性;
　　2從空腔流的瞬時渦結構和空腔的阻力系數(shù)CD二個方面的特征,來分辨空腔水流場有兩種典型的振蕩