同向旋转Lamb-Oseen水气两相涡对演化的直接数值模拟

发布时间：2020-07-18 08:41

【摘要】：梢涡空化现象广泛存在于高速旋转的水翼、螺旋桨、水轮机等水下机械流场中。梢涡空化导致的振动和噪声以及叶片的腐蚀均会为实际工程带来不利影响。因此研究梢涡空化的发展机理,并采用合理的方法降低梢涡空化的危害,对实际工程应用具有十分重要的意义。水翼梢涡主要由两个大小接近的涡组成,当涡心压力降低到一定程度时,涡的内部发生汽化,从而形成了一种特殊的空化涡结构,两个空化涡在流场中相互缠绕并融合。不同的翼型和不同的来流条件会对涡的环量、半径、空化区域的大小等参数产生重要的影响。而不同参数的空化涡又导致空化流场形态有很大的差别。为了认识不同梢涡结构对于空化流场的影响,本文对双涡融合的机理进行探究。本文采用同向旋转Lamb-Oseen涡模型,基于Gerris软件,采用VOF方法捕捉水气交界面、自适应八叉树网格离散空间,得到了梢涡空化的流场以及空化区域的空间结构。数值模拟涉及两方面内容:全湿流场中的双涡作用机理,用于模拟空化发生前的梢涡流场;水-气两相流场中的双涡作用机理,用于模拟空化发生后的梢涡空化流场。在研究过程中,分析了流场横剖面上的涡量和流速分布,以及纵剖面水气交界面波动的情况。在全湿流场的研究过程中,本文参考现有的二维双涡融合的研究方法,对三维空间中双涡融合进程中物理量的变化情况进行讨论。根据涡对中心距离、涡半径、旋转角速度等参数的变化情况将融合的过程划分为三个阶段。通过改变不同的来流速度以探究来流速度对三维流场中双涡融合的影响。在水-气两相流场的研究中,在关注流场速度分布、涡量分布的基础上,本文还重点关注了融合过程中水气交界面的融合以及交界面空间扭转形态的发展,并提出了理论预测水-气交界面扭转角速度的方法。通过改变双涡的初始涡心间隔,探究水气交界面融合的临界条件。本文的研究成果将为今后梢涡空化的研究提供参考。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O359;TH113
【图文】：

梢涡空化的三种模态Fig.1-6Threemodesoftip-vortexcavitation

机翼梢涡（Giuni&Green，2013）

图 1-8 梢涡空化图Fig.1-8 Tip-vortex cavitation试验中观察到了明显的间隙涡空化和尾缘桨叶尾缘的充分发展的空化结构，如图 1-9

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 韩宝玉;熊鹰;刘志华;;梢涡空化CFD数值方法[J];哈尔滨工程大学学报;2011年06期

本文编号：2760667