基于自适应网格技术的Clark-Y水翼空泡数值模拟

发布时间：2021-04-15 06:07

　　空化流动具有高度非定常性,界面模糊而且处于不断地形变之中。该研究基于开源的CFD平台OpenFOAM,利用interPhaseChangeDyMFoam求解器对Clark-Y水翼的空泡流进行数值模拟,并利用自适应网格技术对空化区域尤其是两相界面附近的网格进行了局部加密,考察并分析了水翼的水动力性能和空泡形态。文中将模拟结果与试验结果相比较,发现通过自适应网格加密可以有效捕捉空泡形态的变化尤其是片空泡脱落过程和云空泡溃灭过程。研究表明,针对空化区域的自适应网格加密能够在计算量一定的情况下有效提高空泡流模拟精度。 

【文章来源】：水动力学研究与进展（A辑）. 2020,35(01)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

图5 片空泡脱落时刻云图

图5 片空泡脱落时刻云图图7给出了图5对应时刻在水翼表面的速度矢量分布图，可以发现由于水翼上表面流速更快，导致在水翼末端形成一个顺时针旋转的涡结构。该涡结构在靠近水翼表面处的速度恰好与来流方向相反，导致这一部分水流在逆压梯度的影响下紧靠水翼表面并向水翼前端移动，遭遇到片空化后将其截断，并与来流一起作用于脱落下来的空泡，施加剪切作用从而形成云状空化。之后，回射流继续向水翼前端移动，直至片空化缩小至最短。因此可以认为尾部回射流是造成本算例中空化脱落的主要原因。水翼后端的速度梯度更大，速度矢量的分布也更加密集，通过自适应加密，也可以观察到更为清晰的涡结构和回射流。

图9展示了图8框选所示区域的空泡从脱离水翼表面到变形直至溃灭的整个过程。在空泡内部（气相）和空泡外部（液相），没有进行网格的加密，网格相对比较稀疏；而在空泡表面即两相的相界面，体积分数介于0和1之间，自适应网格对这部分区域进行了加密，可以较好地捕捉空泡在脱落后的整个变形过程。从图9(a)到图9(c)显示，空泡离开水翼表面后进入高压区，在外界压力作用下发生形变，空泡体积迅速减小；图9(d)展示了空泡溃灭瞬间的局部网格，从图9(c)到图9(d)显示空泡溃灭后已经完全无法区分两相界面，变为水汽混合物，自适应网格对这部分区域整体进行了加密。图8 空泡形态云图

【参考文献】：
期刊论文
[1]空化水动力学非定常特性研究进展及展望[J]. 季斌,程怀玉,黄彪,罗先武,彭晓星,龙新平.  力学进展. 2019(00)
[2]非定常空化流动研究现状与进展[J]. 黄彪,吴钦,王国玉.  排灌机械工程学报. 2018(01)



本文编号：3138794