改进数值模型提升螺旋桨空化性能预测精度

本文探讨了螺旋桨空化性能模拟的精确度提升方法，主要针对NSRDC4381螺旋桨的片空化形态和空化崩溃性能图谱进行了深入研究。作者采用了改进的多相流数值模型来模拟这一复杂的过程，该模型的关键组成部分包括： 1. 混合密度多相流模型：这种模型考虑了混合物中非凝结性气核（NCG）的质量分数和体积分数，这在模拟过程中对于理解气泡形成和空化动态至关重要。 2. 改进的Sauer空化模型：该模型考虑了湍流脉动对相变临界压力的影响，通过设定NCG质量分数为7.8×10^-4和NCG体积分数为1.0×10^-6，以及气泡平均初始半径为1.5μm，使得空化过程的预测更为准确。 3. 剪切应力输运（SST）湍流模型：这是一个先进的湍流模型，它在处理复杂的流动场和涡旋结构时能提供更精细的描述，从而提升空化性能图谱的模拟精度。 研究结果显示，改进后的模型在预报空化崩溃性能图谱上与实验数据高度吻合，特别是在非设计进速条件下，模拟出的空化形态与Sauer空化模型的结果基本一致，尽管与实验值相比稍有偏差。然而，在中度到重度空化情况下，该模型预报的推力和力矩系数的精度明显优于Kunz空化模型，提升了约16%。即便在高负载和严重空化的非设计工况下，预报误差仍然保持在工程可接受范围内，这证明了所选模型的有效性和实用性。 该模型的成果不仅有助于提升螺旋桨空化性能的理解，也为未来的设计和优化提供了重要的依据。此外，它还可以用于螺旋桨空化初期阶段的数值判定，为实际应用中的性能预测和故障预防提供了强有力的工具。关键词包括螺旋桨、空化模型、湍流模型、多相流模拟和空化崩溃性能，这些都反映出研究的核心内容和其在相关领域的关键地位。