基于拉格朗日方法的通气云状空泡三维非定常脱落特性研究
发布时间：2021-02-27 14:33
采用均相流模型并结合FBM湍流模型,对绕轴对称回转体通气云状空泡流动特性进行了三维数值模拟,基于实验结果对数值方法进行验证,同时利用基于拉格朗日体系的有限时间李雅普诺夫指数（FTLE）、拉格朗日拟序结构（LCS）和粒子追踪方法分析了其三维非定常脱落特性。研究结果表明:纵截面上空泡覆盖区域的拉格朗日拟序结构整体呈椭球状分布,内部为不规律的复杂拟序结构;不同横截面上拟序结构分布存在很大差异。空泡内部的非对称流动结构和周向流动导致空泡呈现很强的三维运动特性。反向射流在周向上推进的不同步性,是造成空泡呈现不规则断裂和大尺度U型空泡团脱落的主要原因。
【文章来源】：宇航总体技术. 2020,4(03)
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
计算域边界条件与网格划分
为了进一步说明通气云状空泡的发展演化过程,图3给出了不同的轴向位置监测点的表面压力系数随时间的变化曲线,其中监测点的位置如图4所示。从图3中可以看出,监测点x/D=0.5,x/D=0.75和x/D=1的压力保持相对稳定,与其他监测点的变化趋势存在显著差异,这是由于这3个监测点位于通气孔附近,受到尾部空泡脱落影响较小,始终位于空泡内部。随着监测点向空泡尾部移动,空泡末端周期性大尺度空泡团的断裂、脱落影响逐渐加剧,对应的压力也出现了低频、高幅度的变化。基于上述的分析可知,对于绕回转体的通气空泡而言,反向射流存在强烈的三维特性,反向射流与主流相互作用后并未造成空泡完全断裂,而是表现为空泡局部断裂,当裂痕发展至空泡尾部后出现脱落,因此图3中只有空泡尾部监测点x/D=3.5,x/D=4压力出现高幅度的变化。图4 回转体表面监测线位置示意图
图3 不同轴向位置压力随时间的变化曲线为了研究通气空泡发展过程的三维特性,图5给出了不同时刻下不同轴向监测线上的表面压力分布,其中4条监测线(A,B,C,D)的位置如图4所示。从图5可以看出,不同监测线上空泡内部低压区的压力分布基本一致。压力的最大峰值P1主要位于流动分离的再附着区空泡末端,且其轴向位置会随着时间的推移发生改变,这说明空泡的脱落周期内空泡末端会发生小尺度空泡团的脱落。同时不同监测线上最大峰值P1的轴向位置在相同时刻也存在着较大差异,这表明空泡末端小尺度空泡团脱落周向位置具有一定的随机性。由于反向射流的作用,在空泡内部低压区会出现压力次高峰P2,其位置会随着时间的推移逐渐向上游移动。对比同一时刻不同监测线上的压力分布可以看出,次高峰P2的轴向位置存在显著差异,这说明反向射流在沿回转体壁面向上游运动的过程中周向方向上存在着差异。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Experimental Investigation on Cavitating Flow Shedding over an Axisymmetric Blunt Body[J]. HU Changli,WANG Guoyu,HUANG Biao. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(02)
[2]A modified PANS model for computations of unsteady turbulence cavitating flows[J]. HU ChangLi,WANG GuoYu,CHEN GuangHao,HUANG Biao. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(10)
[3]涡环泄气方式下通气空化的非定常流动特性研究[J]. 段磊,王国玉,付细能. 兵工学报. 2014(05)
[4]轴对称航行体通气云状空化非定常特征研究[J]. 于娴娴,王一伟,黄晨光,杜特专. 船舶力学. 2014(05)
[5]当地均相介质模型在通气超空化流动计算中的应用[J]. 时素果,王国玉,权晓波,余志毅. 兵工学报. 2011(02)
本文编号：3054372
【文章来源】：宇航总体技术. 2020,4(03)
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
计算域边界条件与网格划分
为了进一步说明通气云状空泡的发展演化过程,图3给出了不同的轴向位置监测点的表面压力系数随时间的变化曲线,其中监测点的位置如图4所示。从图3中可以看出,监测点x/D=0.5,x/D=0.75和x/D=1的压力保持相对稳定,与其他监测点的变化趋势存在显著差异,这是由于这3个监测点位于通气孔附近,受到尾部空泡脱落影响较小,始终位于空泡内部。随着监测点向空泡尾部移动,空泡末端周期性大尺度空泡团的断裂、脱落影响逐渐加剧,对应的压力也出现了低频、高幅度的变化。基于上述的分析可知,对于绕回转体的通气空泡而言,反向射流存在强烈的三维特性,反向射流与主流相互作用后并未造成空泡完全断裂,而是表现为空泡局部断裂,当裂痕发展至空泡尾部后出现脱落,因此图3中只有空泡尾部监测点x/D=3.5,x/D=4压力出现高幅度的变化。图4 回转体表面监测线位置示意图
图3 不同轴向位置压力随时间的变化曲线为了研究通气空泡发展过程的三维特性,图5给出了不同时刻下不同轴向监测线上的表面压力分布,其中4条监测线(A,B,C,D)的位置如图4所示。从图5可以看出,不同监测线上空泡内部低压区的压力分布基本一致。压力的最大峰值P1主要位于流动分离的再附着区空泡末端,且其轴向位置会随着时间的推移发生改变,这说明空泡的脱落周期内空泡末端会发生小尺度空泡团的脱落。同时不同监测线上最大峰值P1的轴向位置在相同时刻也存在着较大差异,这表明空泡末端小尺度空泡团脱落周向位置具有一定的随机性。由于反向射流的作用,在空泡内部低压区会出现压力次高峰P2,其位置会随着时间的推移逐渐向上游移动。对比同一时刻不同监测线上的压力分布可以看出,次高峰P2的轴向位置存在显著差异,这说明反向射流在沿回转体壁面向上游运动的过程中周向方向上存在着差异。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Experimental Investigation on Cavitating Flow Shedding over an Axisymmetric Blunt Body[J]. HU Changli,WANG Guoyu,HUANG Biao. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(02)
[2]A modified PANS model for computations of unsteady turbulence cavitating flows[J]. HU ChangLi,WANG GuoYu,CHEN GuangHao,HUANG Biao. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(10)
[3]涡环泄气方式下通气空化的非定常流动特性研究[J]. 段磊,王国玉,付细能. 兵工学报. 2014(05)
[4]轴对称航行体通气云状空化非定常特征研究[J]. 于娴娴,王一伟,黄晨光,杜特专. 船舶力学. 2014(05)
[5]当地均相介质模型在通气超空化流动计算中的应用[J]. 时素果,王国玉,权晓波,余志毅. 兵工学报. 2011(02)
本文编号：3054372
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