水翼非定常空化流场数值模拟与回射流分析

"水翼非定常空化流场的数值模拟 (2010年) - 浙江大学学报(工学版)" 本文是一篇工程技术领域的论文，研究重点是水翼非定常空化流场的数值模拟。研究者郝宗睿、王乐勤和吴大转使用了修正的RNG k-ε湍流模型，针对8°攻角的NACA0015水翼进行了计算流体动力学（CFD）分析，探讨了在空化数分别为1和1.5，对应雷诺数为3×10^5的条件下，空化现象对流场的影响。 空化是一种物理现象，发生在液体中流速接近或超过当地声速时，由于压力降低导致液体局部蒸发形成气泡。在水翼（如船用螺旋桨叶片）中，这种现象可能导致性能下降和结构损伤。研究中的“非定常”指的是流场随时间变化的不稳定性，这在空化过程中尤其显著。 通过数值模拟，研究发现回射流在空泡形成和发展的过程中扮演关键角色。回射流是指流体在遇到障碍物后反射回来的流动。在水翼前缘，空泡首先形成，并伴随着一个顺时针旋转的涡旋。这个涡旋沿着水翼上表面向下游移动，推动空泡的扩展。空泡随着时间推移逐渐增大，最终从水翼表面脱落。脱落位置因空化数的不同而有所变化，空化数较大的情况中，空泡脱落的位置更靠后。 此外，研究还揭示了空泡形成和发展过程中压力波动的现象。随着空化数的增加，压力波动的幅度和频率都有显著提高。这可能会导致水翼表面的压力脉动，进而影响水翼的升力和阻力特性，甚至可能引起机械振动，对水翼结构造成损害。 空化现象的研究对于理解和优化水翼、船舶推进器以及其他水下设备的设计至关重要。通过数值模拟，可以避免昂贵且复杂的实验，同时提供对复杂流场的深入理解，有助于未来设计出更加高效、耐久的水下设备。这项工作展示了修正的RNG k-ε湍流模型在处理非定常空化问题上的有效性，为相关领域的工程应用提供了理论支持。