绕水翼非定常空化抑制理论与实验研究
发布时间：2021-07-17 15:03
非定常的空化现象涉及到汽液两相工质的质量传递、大尺度湍流脉动,以及空化区域的可压缩性,包含了空穴初生、发展、断裂、脱落和最终的溃灭,是一种复杂的非定常运动。因此,涉及到核电站、船舶推进、高速水中兵器、水电站等多个领域安全稳定运行的空化研究受到极大关注。而如何削弱空化的发展,进而抑制空穴的脱落,一直以来是水力机械研究的重点和难点课题。本文以延缓和抑制空化发展及空穴脱落,提高水力部件安全性为出发点,提出采用水翼表面射流抑制空化和水翼表面特殊构型削弱空化的新思想和新结构,针对多个工程领域迫切需要解决的空化抑制关键问题,研究非定常空化流动的控制技术及抑制机理。基于空化水洞的可视化实验平台,采用高速录像技术和粒子图像测速系统,针对非定常空化流动特点,开展了原始水翼、主动射流水翼、特殊构型水翼的系列空化流动实验研究,测量和分析了不同空化阶段水翼周围非定常空化形态,以及空化流动的运动学特性参量;建立了基于密度修正的RNG k-ε湍流模型,结合Schnerr-Sauer空化模型,开展对绕水翼的非定常空化流动的机理分析。开展了绕流NACA66（MOD）水翼的非定常空化流动特性实验研究,揭示了云空化的非定...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２空穴长度与＜７／２？之间的关系??Ｆｉｇ．１．２?Ｃａｖｉｔｙ?ｌｅｎｇｔｈ?ｐｌｏｔｔｅｄ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ／２ａ??
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片空化的前缘应该在最小压力点处［３Ｗ３］。但实际上，Ｆｒａｎｃ等人基于ＮＡＣＡ１６０１２翼型??结构，通过数值计算和试验观察发现片空化的前缘位置一般在其下游的层流分离点或转??捩区附近，更精确的实验观察表面片空泡的前缘在边界层分离点下游。如图１．４和图１．５??所示。为此，Ｆｒａｎｃ等人提出如果没有层流分离，就没有片空化的存在。利用这一准则，??有可能确定实际空化的起始位置，继而揭示空化发生的控制机理［３４］。??Ａｔｔａｃｈｅｄ?ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｌａｙｅｒ??Ｔｒａｉｌｉｎｇ?ｅｄｇｅ??ｌａｍｉｎａｒ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｌａｙｅｒ?＼?Ｕ?｜?＾１＂＇?｜?｜??，〇５：?：?ｉｒ?丨：??Ｃ?「?Ｒｒ￣?３０００００．?－?＼２＼．?Ｉ?：?ｊ！???／？ｒ－?６０００００?Ｔｕ?－?１．３５％．?Ｉ?；?！ｊ????Ｒｅ?－?１２０００００?Ｔｕ?－?１．６５％．?Ｉ?１?ｌｊ?！?！?＿??ｈ：疆??一?１０?－５?０?５?１０??ａ?（ｄｅｇ．）??图１．４不同攻角下边界层特征点位置（ＮＡＣＡ１６０１２）??Ｆｉｇ．ｌ?．４?Ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｂｏｕｎｄａｒｙ－ｌａｙｅｒ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｐｏｉｎｔｓ?ｖｅｒｓｕｓ?ａｎｇｌｅ?ｏｆ?ａｔｔａｃｋ（ＮＡＣＡ１６０１２）??进一步的研究表明，云空化现象的特征是片状空腔长度来回自振荡和在适当空腔长??度的（约为参考长度的４０％－６０％）云状空腔的准周期性脱落，这种现象受固有不稳定性??的发展所控制
【参考文献】：
期刊论文
[1]Adaptability research of hydrofoil surface water injection on cavitation suppression[J]. WANG Wei,YI Qi,WANG Yayun,LU Shengpeng,WANG Xiaofang. 排灌机械工程学报. 2017(06)
[2]多孔翼型对空化影响规律探讨[J]. 王鑫,刘小兵,赵琴,王辉艳,杨秀鑫,胡全友. 中国农村水利水电. 2016(10)
[3]绕水翼空化流动及振动特性的实验研究[J]. 高远,黄彪,吴钦,王国玉. 力学学报. 2015(06)
[4]Cavitation shedding dynamics around a hydrofoil simulated using a filter-based density corrected model[J]. YU An,JI Bin,HUANG RenFang,ZHANG Yao,ZHANG YuNing,LUO XianWu. Science China（Technological Sciences）. 2015(05)
[5]表面涂层对绕水翼空化流动影响的实验研究[J]. 黄旭,张敏弟,付细能. 工程热物理学报. 2015(03)
[6]多孔翼型流场的数值模拟研究[J]. 于凤荣,张立翔. 固体力学学报. 2014(S1)
[7]不同温度水体空化水动力脉动特性的试验研究[J]. 时素果,王国玉,胡常莉,高德明. 机械工程学报. 2014(08)
[8]通气超空泡内部流场PIV测试方法[J]. 仲霄,王树山,马峰,张敏弟. 船舶力学. 2013(08)
[9]通气超空泡内部流场的PIV实验图像处理[J]. 仲霄,王树山,马峰. 船舶力学. 2013(07)
[10]一种抗空化翼型修形设计方法[J]. 邬伟,熊鹰. 上海交通大学学报. 2013(06)
博士论文
[1]轴流泵失速和空化流动特性及其性能改善研究[D]. 张睿.上海大学 2014
[2]水翼云空化及其控制机理研究[D]. 赵伟国.浙江大学 2012
硕士论文
[1]水翼表面微结构设计及其对空化流场影响研究[D]. 羿琦.大连理工大学 2017
[2]基于相似理论研究回射流对空化形态影响规律[D]. 徐瑞铎.大连理工大学 2016
[3]空腔流动机理分析及被动流动控制技术研究[D]. 王传洲.大连理工大学 2013
本文编号：3288402
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２空穴长度与＜７／２？之间的关系??Ｆｉｇ．１．２?Ｃａｖｉｔｙ?ｌｅｎｇｔｈ?ｐｌｏｔｔｅｄ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ／２ａ??
．２．３空泡动力学描述??空泡动力学的研究大都是在Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｐ丨ｅｓｓｅｔ方程的基础上开展的。１９１７年，雷利??ａｙｌｅｉｇｈ）在研究真空球形的无穷远流场的流动问题时，利用能量守恒原理忽略液体粘性??表面张力，同时假定流体不可压，得出了气泡表面遵循的方程（Ｒａｙｌｅｉｇｈ方程）［１７］：??＾＾＝，￥?＋?判２?（１，）??ｐ，?ｄｌ２?２＼ｄｔ）??其中／＾为空泡表面压力，为距空泡无穷远处的主流场压力，Ａ为空泡周围液体??度，７？为空泡的半径。??１９５１年Ｐｌｅｓｓｅｔ年在方程中增加了粘性项和表面张力项，完善了泡动力学方程，得??了著名的Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｐｌｅｓｓｅｔ方程：??－５－??
片空化的前缘应该在最小压力点处［３Ｗ３］。但实际上，Ｆｒａｎｃ等人基于ＮＡＣＡ１６０１２翼型??结构，通过数值计算和试验观察发现片空化的前缘位置一般在其下游的层流分离点或转??捩区附近，更精确的实验观察表面片空泡的前缘在边界层分离点下游。如图１．４和图１．５??所示。为此，Ｆｒａｎｃ等人提出如果没有层流分离，就没有片空化的存在。利用这一准则，??有可能确定实际空化的起始位置，继而揭示空化发生的控制机理［３４］。??Ａｔｔａｃｈｅｄ?ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｌａｙｅｒ??Ｔｒａｉｌｉｎｇ?ｅｄｇｅ??ｌａｍｉｎａｒ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｌａｙｅｒ?＼?Ｕ?｜?＾１＂＇?｜?｜??，〇５：?：?ｉｒ?丨：??Ｃ?「?Ｒｒ￣?３０００００．?－?＼２＼．?Ｉ?：?ｊ！???／？ｒ－?６０００００?Ｔｕ?－?１．３５％．?Ｉ?；?！ｊ????Ｒｅ?－?１２０００００?Ｔｕ?－?１．６５％．?Ｉ?１?ｌｊ?！?！?＿??ｈ：疆??一?１０?－５?０?５?１０??ａ?（ｄｅｇ．）??图１．４不同攻角下边界层特征点位置（ＮＡＣＡ１６０１２）??Ｆｉｇ．ｌ?．４?Ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｂｏｕｎｄａｒｙ－ｌａｙｅｒ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｐｏｉｎｔｓ?ｖｅｒｓｕｓ?ａｎｇｌｅ?ｏｆ?ａｔｔａｃｋ（ＮＡＣＡ１６０１２）??进一步的研究表明，云空化现象的特征是片状空腔长度来回自振荡和在适当空腔长??度的（约为参考长度的４０％－６０％）云状空腔的准周期性脱落，这种现象受固有不稳定性??的发展所控制
【参考文献】：
期刊论文
[1]Adaptability research of hydrofoil surface water injection on cavitation suppression[J]. WANG Wei,YI Qi,WANG Yayun,LU Shengpeng,WANG Xiaofang. 排灌机械工程学报. 2017(06)
[2]多孔翼型对空化影响规律探讨[J]. 王鑫,刘小兵,赵琴,王辉艳,杨秀鑫,胡全友. 中国农村水利水电. 2016(10)
[3]绕水翼空化流动及振动特性的实验研究[J]. 高远,黄彪,吴钦,王国玉. 力学学报. 2015(06)
[4]Cavitation shedding dynamics around a hydrofoil simulated using a filter-based density corrected model[J]. YU An,JI Bin,HUANG RenFang,ZHANG Yao,ZHANG YuNing,LUO XianWu. Science China（Technological Sciences）. 2015(05)
[5]表面涂层对绕水翼空化流动影响的实验研究[J]. 黄旭,张敏弟,付细能. 工程热物理学报. 2015(03)
[6]多孔翼型流场的数值模拟研究[J]. 于凤荣,张立翔. 固体力学学报. 2014(S1)
[7]不同温度水体空化水动力脉动特性的试验研究[J]. 时素果,王国玉,胡常莉,高德明. 机械工程学报. 2014(08)
[8]通气超空泡内部流场PIV测试方法[J]. 仲霄,王树山,马峰,张敏弟. 船舶力学. 2013(08)
[9]通气超空泡内部流场的PIV实验图像处理[J]. 仲霄,王树山,马峰. 船舶力学. 2013(07)
[10]一种抗空化翼型修形设计方法[J]. 邬伟,熊鹰. 上海交通大学学报. 2013(06)
博士论文
[1]轴流泵失速和空化流动特性及其性能改善研究[D]. 张睿.上海大学 2014
[2]水翼云空化及其控制机理研究[D]. 赵伟国.浙江大学 2012
硕士论文
[1]水翼表面微结构设计及其对空化流场影响研究[D]. 羿琦.大连理工大学 2017
[2]基于相似理论研究回射流对空化形态影响规律[D]. 徐瑞铎.大连理工大学 2016
[3]空腔流动机理分析及被动流动控制技术研究[D]. 王传洲.大连理工大学 2013
本文编号：3288402
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