改进RNG k-ε湍流模型的水翼空化数值模拟

该篇论文《基于滤波器湍流模型的水翼空化数值模拟》发表在2010年的《江苏大学自然科学版》上，由谭磊和曹树良两位作者来自清华大学热能工程系及水沙科学与水利水电工程国家重点实验室。论文的核心研究集中在改进的湍流模型和空化现象的数值模拟上。 首先，作者在均相流模型的框架内，采用了界面捕获法，对Renormalization Group (RNG) k-ε湍流模型进行了滤波函数的修正。这种方法旨在提高模型在处理水翼空化这类复杂流体动力学问题时的准确性。空化模型则是基于正压流体假设，这是一种常见的简化模型，用于描述液体在压力下降时气泡形成的过程。 作者使用了SIMPLE算法来数值求解雷诺平均的Navier-Stokes方程，这是描述流体流动的基本方程组，通过这种方式模拟了二维NACA66(Mod)翼型在定常和非定常条件下的空化流动。数值结果显示出，模拟得到的翼型表面压力分布与实际实验数据高度吻合，这表明方法的有效性。特别是对于非定常空化云的生命周期——从初生、发展到断裂和脱落的周期性过程，模型能够准确地再现。 论文还提供了两个时间点的翼型表面速度矢量场，这有助于深入理解空泡内部的流动结构。研究发现，空泡尾部的反向射流是造成翼型表面局部压力升高的关键因素，这一现象可能导致空泡破裂以及空化云的脱落。这一发现对于理解空化行为的物理机制具有重要意义，对于翼型设计和空化控制技术的改进具有潜在的实际应用价值。 这篇论文通过结合先进的数值方法和空化模型，为我们揭示了水翼空化现象的复杂动态特性，并为进一步优化翼型设计和减少空化带来的性能损失提供了重要的理论依据。该研究对于推进水动力学领域，特别是在船舶、潜艇等领域的空气动力学设计有着积极的推动作用。