三維水翼及螺旋槳梢渦流場及空化的數(shù)值模擬.pdf

1、空化流動(dòng)是一種包含了相變、可壓縮性、湍流和非定常特性等的復(fù)雜流動(dòng)?？栈F(xiàn)象是船舶、航空航天、生物醫(yī)藥等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域關(guān)心的熱點(diǎn)問題。在船舶行業(yè),由于在螺旋槳梢渦渦核處存在極強(qiáng)的低壓會(huì)使液相發(fā)生斷裂形成空化即梢渦空化,梢渦空化不僅是艦船的主要振動(dòng)和噪聲源，而且也是槳葉及舵剝蝕的罪魁禍?zhǔn)?。因此?duì)梢渦及梢渦空化進(jìn)行控制是很有必要的，為此我們首先得對(duì)空化、梢渦及梢渦空化的形成機(jī)理進(jìn)行研究。因此本文以二維水翼、有限展長翼型及螺旋槳為研究對(duì)象，對(duì)云空

2、化脫落機(jī)理，梢渦及梢渦空化的形成及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。
　　本文基于OpenFOAM數(shù)值模擬平臺(tái),首先對(duì)二維水翼的非定常云空化進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比以代表云空泡脫落頻率的Strouhal數(shù)驗(yàn)證了本文所用數(shù)值模擬方法對(duì)非定?？栈鲌龅倪m用性。在此基礎(chǔ)上對(duì)片空泡的發(fā)展及云空泡的形成過程進(jìn)行了分析，并預(yù)報(bào)了片空化的分級(jí)斷裂現(xiàn)象。
　　在梢渦的研究方面，本文首先對(duì)三維截?cái)嘁淼纳覝u流場進(jìn)行了模擬，并使用多種特征量

3、對(duì)梢渦流場的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述。研究結(jié)果表明在RANS框架內(nèi)基于非線性渦粘假定的非線性k-ε湍流模型相比于基于Boussinesq線性渦粘假定的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，能更好的預(yù)報(bào)出梢渦的多渦結(jié)構(gòu)及其發(fā)展與融合過程，并能很好的降低梢渦處的湍流粘性耗散。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步對(duì)更為復(fù)雜的螺旋槳梢渦流場進(jìn)行了模擬，研究結(jié)果表明非線性湍流模擬能給出螺旋槳完整的螺旋型梢渦結(jié)構(gòu)，而線性湍流模擬則幾乎未能預(yù)測出螺旋槳的螺旋型梢渦結(jié)構(gòu)。并且線性湍流模擬也未能

4、預(yù)測出螺旋槳梢渦向螺旋槳葉面的吸力側(cè)翻卷的過程，而預(yù)測的梢渦的發(fā)展及形成過程還滯后于非線性湍流模擬給出的結(jié)果。
　　最后，本文對(duì)螺旋槳的梢渦空化流場進(jìn)行了模擬。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，非線性湍流模擬有助于準(zhǔn)確的模擬梢渦空化，而線性湍流模擬雖然能較好的模擬出槳葉上的附著空泡但卻未能預(yù)測出梢渦空泡。而通過與全濕流梢渦流場的對(duì)比分析，我們發(fā)現(xiàn)梢渦空化的存在使得渦結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜?？栈鲌鲋械纳覝u強(qiáng)度明顯低于全濕流場，即梢渦空化的存在在一定程度上抑制了