主动射流控制水翼空化的数值模拟与分析

发布时间：2024-02-27 03:15

　　为了改善高速流动工况下水翼吸力面上流场的空化特性,提出了水翼表面主动射流对绕水翼周围流动加以控制的方法.基于密度分域滤波的FBDCM混合湍流模型联合Zwart-Gerber-Belamri空化模型,分析了来流空化数为0.83,来流攻角为8°,射流位置距水翼前缘为x=0.19c时,主动射流对于水翼吸力面上流动的空化特性和水动力特性影响.对回射流的强度进行了量化分析,以探究回射流与流场空化特性的关系.数值分析结果表明,在射流水翼吸力面上的时均空泡体积为原始水翼的1/15,使得流场内空化流动由云空化状态转变为较为稳定的片空化状态,显著地削弱了云空化的发展.此外,射流极大地改善了水翼的水动力性能,使得水翼的升阻比较原始水翼提高了22.9%,空泡的脱落频率减少了26.2%,空泡脱落所引起的振幅减小了9.1%.射流大幅降低了水翼吸力面上低压区面积,水翼吸力面上流体的逆向压力减小,回射流强度降低;同时,射流使水翼吸力面上的边界层减薄,增强了流动的抗逆压梯度能力,一定程度上阻挡了回射流向水翼前缘的流动,这也从机理上分析了主动射流抑制空化的原因.

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

图1射流水翼示意图

式中各字母分别表示射流的质量流量minj(kg/s),射流的体积流量Qinj(L/h),射流流速Uinj(m/s),主流通过水翼沿主流方向的投影面积S0(S0=hs=5.7526cm2)的等效质量流量m0(kg/s),水翼沿主流方向投影的最大高度即水翼的最大厚度h(h=8.21....

图2计算域及边界条件设置

计算域如图2所示,与实验过程参数保持一致入口来流为均匀速度条件,雷诺数Re=5.07×105;出口为压力出口边界条件,空化数σ=0.829;叶片前缘距上游速度入口为4c,距下游压力出口为6c,水翼表面及流场上下前后壁面均为速度无滑移绝热壁面条件;对于原始水翼,射流孔处为速度无滑移....

图3水翼及射流孔周围网格划分

整个流场的网格采用结构化划分,如图3所示弦长方向的横截面网格节点设置为320×160,展向方向网格节点为260个,y+在0.5～10之间,时间步长的选取为Tref/100[33].采用AnsysFluent17.0进行数值仿真.基于有限体积法对动量方程和连续性方程进行离散,采....

图4一个典型周期内绕原始水翼空化脱落的侧视视角(上:实验结果,下:数值结果;σ=0.83,α=8?,Re=5.07×105)

为了验证本文所采用的物理模型和数值模型的准确性,将数值模拟所得的结果和实验结果相比较.在小型空化水洞进行了NACA66(MOD)水翼的全流场流动测试,使用5000Hz的高速摄影相机对流场细节信息进行捕捉.图4中给出一个典型周期内实验和数值结果的空化形态对比,数值模拟所得的空化形....

本文编号：3912293