三維水翼及螺旋槳梢渦流場及空化的數(shù)值模擬.pdf

1、空化流動是一種包含了相變、可壓縮性、湍流和非定常特性等的復雜流動?？栈F(xiàn)象是船舶、航空航天、生物醫(yī)藥等多個工業(yè)領(lǐng)域關(guān)心的熱點問題。在船舶行業(yè),由于在螺旋槳梢渦渦核處存在極強的低壓會使液相發(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和噪聲源，而且也是槳葉及舵剝蝕的罪魁禍首。因此對梢渦及梢渦空化進行控制是很有必要的，為此我們首先得對空化、梢渦及梢渦空化的形成機理進行研究。因此本文以二維水翼、有限展長翼型及螺旋槳為研究對象，對云空

2、化脫落機理，梢渦及梢渦空化的形成及其結(jié)構(gòu)進行了數(shù)值模擬研究。
　　本文基于OpenFOAM數(shù)值模擬平臺,首先對二維水翼的非定常云空化進行了數(shù)值模擬，通過與實驗結(jié)果進行對比以代表云空泡脫落頻率的Strouhal數(shù)驗證了本文所用數(shù)值模擬方法對非定?？栈鲌龅倪m用性。在此基礎(chǔ)上對片空泡的發(fā)展及云空泡的形成過程進行了分析，并預報了片空化的分級斷裂現(xiàn)象。
　　在梢渦的研究方面，本文首先對三維截斷翼的梢渦流場進行了模擬，并使用多種特征量

3、對梢渦流場的精細結(jié)構(gòu)進行了描述。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線性渦粘假定的標準k-ε模型，能更好的預報出梢渦的多渦結(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，本文進一步對更為復雜的螺旋槳梢渦流場進行了模擬，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，本文對螺旋槳的梢渦空化流場進行了模擬。通過對比發(fā)現(xiàn)，非線性湍流模擬有助于準確的模擬梢渦空化，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測出梢渦空泡。而通過與全濕流梢渦流場的對比分析，我們發(fā)現(xiàn)梢渦空化的存在使得渦結(jié)構(gòu)更為復雜?？栈鲌鲋械纳覝u強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