改进的螺旋桨叶截面空化模拟数值模型与评估

"该文是关于螺旋桨叶截面空化模拟数值模型的改进与评估的研究，主要关注多相流模型、空化模型、湍流模型以及相变临界压力选择等因素对模拟结果的影响。作者提出了一个改进的Sauer空化模型，考虑了非凝结性气核质量和体积分数，并在相变临界压力中考虑湍流脉动效应。通过对比分析了四种不同的湍流模型，包括直接引入混合密度的SST模型、修正的SST模型以及修正的k-ε模型，针对NACA66(mod)螺旋桨叶片的片空化进行了模拟。结果显示，当NCG质量分数为7.8×10^-1和体积分数为1.0×10^-4，以及气泡初始平均半径为1.5μm时，模型表现最佳。对于二维水翼的轻度和中度片空化，后三种湍流模型的修正方式具有相当的精度，而在云空化模拟中，两种修正的k-ε模型表现最优。最后，通过E779A螺旋桨在不同空化程度下的模拟验证，改进后的数值模型能很好地模拟轻度、中度和重度空化，适用于低噪声桨设计。" 本文详细探讨了在多相流空化黏性模拟中的关键因素，特别是如何通过改进模型来提高模拟的准确性和可靠性。作者首先强调了多相流模型的选择，指出在混合密度中同时考虑非凝结性气核的质量分数和体积分数的重要性。此外，他们还引入了湍流脉动对相变临界压力的影响，这在传统的Sauer空化模型中通常未被考虑。通过对四种不同湍流模型——直接混合密度的SST模型、修正的SST模型（湍流黏度μt取ρmk/ω）以及两种修正的k-ε模型的比较，作者揭示了这些模型在模拟螺旋桨叶片空化过程中的差异和效果。 研究中提到的NACA66(mod)螺旋桨叶片是一种常见的水动力学研究对象，其片空化现象是评估模型性能的关键指标。通过调整模型参数，如NCG质量分数、体积分数和气泡初始半径，作者找到了一种优化的模型设置，能更准确地模拟空化现象。 此外，论文还对二维水翼的轻度和中度片空化进行了模拟，发现修正的k-ε模型在某些情况下比其他模型表现更优。这表明，在特定条件下，选择适当的湍流模型对于提高空化模拟的精确度至关重要。 最后，E779A螺旋桨的模拟结果证实了改进模型的有效性，无论是在轻度、中度还是重度空化条件下，都能与实验数据保持良好的一致性。这一发现对于实际的螺旋桨设计，尤其是低噪声螺旋桨设计，提供了有力的数值工具。 这篇研究为螺旋桨空化模拟提供了重要的理论基础和实用方法，对于提升船舶动力系统的设计效率和性能具有深远意义。