基于FBM的圆盘空化器空化流与阻力特性数值研究

本文主要探讨了"绕圆盘空化器空化流动及阻力特性的数值分析"这一主题，由余志毅、时素果和王国玉三位作者在北京理工大学机械与车辆工程学院进行的研究。他们的研究采用了基于滤波器的湍流模型（Filter-Based Model，简称FBM），这是一种先进的数值计算方法，用于模拟非定常流动，特别是空化现象，即在液体中由于压力降低而形成的气泡形成和消失的过程。 在研究过程中，作者保持了雷诺数（Reynolds Number，衡量流体流动惯性力与粘性力相对强度的无量纲数）不变，通过调整来流压强，改变了空化数（Cavitation Number，表示空化开始的压强比），选取了三个不同的值，分别是0.3，0.7和1.0。这种设置使得他们能够系统地探究空化对空化器性能的影响。 FBM模型是作为二次开发的形式嵌入到商业软件CFX（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）中的，这使得复杂的大规模数值模拟成为可能。为了确保模型的可靠性，研究者还将其结果与水洞试验数据进行了对比验证，这进一步增强了研究结果的可信度。 研究发现，随着空化数的减小，空化区域的性质发生了显著变化。原本与空化器分离的空化区域逐渐附着于空化器后壁，这是由逆压梯度导致的反向射流作用所驱动的。在大空化数情况下，空化器尾迹中的强烈旋涡分布加剧了阻力的周期性和波动性，而随着空化数的减小，阻力呈现出更为稳定的特性。 这篇论文深入解析了圆盘空化器在不同空化条件下的流动行为和阻力特性，为理解和优化这类设备的设计提供了关键的数值依据。其研究成果对于航空航天、船舶工程、泵浦等涉及空化效应的领域具有重要的理论和实际应用价值。