二维水翼非定常空泡流动特性及其数值模拟

本文主要探讨的是绕水翼局部空泡的非定常流动特性，由陈瑛、鲁传敬和吴磊三位作者在上海市交通大学船舶海洋与建筑工程学院共同完成的研究。他们采用了正压关系的均质平衡流空泡模型，这是一种简化且有效的理论工具，它考虑了汽水混合介质的声速特性，以此为基础建立了压力和密度之间的状态关系。这种方法允许他们处理复杂的汽水混合流动问题，而不必依赖于求解完整的Navier-Stokes（N-S）方程。 在他们的研究中，作者们将这种模型应用于雷诺平均 Navier-Stokes（RANS）方程以及修正的RNG ε-k模型，这些是数值模拟中常用的湍流模型，用于描述流体的非定常行为。他们特别关注的是二维水翼在非定常条件下局部空泡的流动特性，包括空泡的脱落过程和涡结构的形成。他们成功模拟了两种不同类型的非定常空泡脱落现象，并深入分析了吸力面压力变化与涡空化过程的关联。 研究的重点在于升力系数和阻力系数随时间变化的规律，这些系数对于评估水翼性能至关重要。通过与实验数据的对比，他们验证了模型的有效性，能够捕捉到空泡流动的频率特性，这对于理解和优化水下航行体的设计具有实际意义。 值得注意的是，虽然文中提及的一些其他研究者如Qiao Qin、Charles C.S. Song、Roger E.A. Arndt和Kubota等在空泡流模拟方面取得了进展，但本文的模型相对简洁，避免了额外计算量的增加，如液相和气相两组控制方程的VOF模型。此外，文章还提到了其他研究人员如Singhal、Athavale、Inanc Senocak、Wei Shyy和Merkle等人的工作，他们在定常空泡流动模拟方面进行了更深入的研究。 总结来说，本文的工作主要贡献在于提供了一种实用的数值方法，可以准确模拟绕水翼局部空泡的非定常流动特性，对于理解和控制水下航行体的空泡相关问题具有重要的科学价值和工程应用前景。