水质对梢涡空化初生的影响研究

发布时间：2025-02-11 17:32

　　梢涡空化是实船螺旋桨上最早发生的空化类型,会导致强烈的噪音、震动以及剥蚀等后果,因此工程领域中对于其准确的预报有着迫切的需求。水质对梢涡空化的初生有着很大的影响,但是由于当前已有的几种宏观空化模型均不考虑水质的影响,因此目前还缺乏合适的定量评估方法,亟需发展适用于梢涡空化的预报的理论和模型。本文基于Eulerian-Lagrangian方法的研究框架,以叶梢涡流场为背景,气泡运动学和动力学为基础,采用理论分析、数值模拟等方法,研究气核在梢涡流场中的迁移、生长过程,解释具有一定气核谱分布的水质条件如何影响梢涡空化的初生。在此基础上结合实验结果,对水质条件的影响进行分析和模化,建立适用于梢涡空化的新理论和新模型。本文首先基于OpenFOAM平台,针对截面为NACA662-415的椭圆水翼采用DDES湍流模型进行高精度的梢涡流场的数值模拟,并通过梢涡全湿流场中的结果与实验结果的对比,验证了 DES湍流模型的模拟的准确性。然后求解气核在理想涡核内的运动方程的理论解用以说明平台对气核的模拟精度,求解气核在理想涡中的运动方程的解析解以便快速得到气核的捕捉时间。最后,一方面在上述得到的真实的梢涡流场中...

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－２?（ａ）螺旋桨后方螺旋线状梢满空化（Ｎａｔｉｏｎａｌ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?Ｃｏｕｎｃｉｌ?ｏｆ?Ｃａｎａｄａ），?（ｂ）平直水翼流??

般认为梢涡中的最低压力降至临界压力（一般为饱和蒸气压）以下时空化出现，即为梢涡??空化。梢涡空化是空化中的重要类型，常见于螺旋桨及水力机械的翼梢后方，呈细长的线??状（螺旋线状）空化形态，如图１－２所示，??不同类型的空化，由于其发生机理及演化规律不同，尚没有统一的理论或模型能够....

图１－３?ＮＡＣＡ４２１５水翼在不同水质下空化初生的比较，自由来流速度为丨（ｌｍ／ｓ，有效攻角为７°Ｗ??压强通常要小于饱和蒸汽压

压强通常要小于饱和蒸汽压。实验室中进行空化实验，往往需要进行减压和除气工作，所??以水体中气核含量较少、气核尺寸较小，而在实际环境中，如海洋中，水体中含有大量的??气核，所以实验和实际两种环境下水质条件具有显著差别（图１－４），如果不能准确评估水质??因素的影响，必将造成了实验测....

图１－４实际环境（海洋）和实验室两种环境下测量的水质条件（气核尺寸分布）％??方法求解，能够追踪气核的迁移和生长过程，迁移过程采用刚体运动模型，生长过程采用??Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｐｌｅｓｓｅｔ方程描述，针对水质的影响作了一系列的研究，对于各气?

梢涡空化到达梢部Ｄ／ｃ?＝?Ｊｍｓ）??（ｂ）?ｃｊｊ?－?０．９３??图１－３?ＮＡＣＡ４２１５水翼在不同水质下空化初生的比较，自由来流速度为丨（ｌｍ／ｓ，有效攻角为７°Ｗ??压强通常要小于饱和蒸汽压。实验室中进行空化实验，往往需要进行减压和除气工作，所??以水体中气核含量较少....

图１－５?（ａ）螺旋桨梢涡计算网格局部加密Ｉ６＇?（ｂ）水翼梢涡计算网格局部加密Ｗ??方程中产生项的分析发现线性湍流模型中由于预测的湍流耗散率太大以至于模拟结杲不??对，而非线性湍流模型能很好地降低梢涡内的粘性耗散

梢涡流场从涡核半径到涡流长度上跨越了几个尺度量级，数值模拟中提高流场求解??精度的途径将集中在两个方面［３７，４５，５６】：（１）在梢涡涡流所在区域进行网格的局部加密（如??图１－５），精细刻画涡流及涡核区，首先在粗网格上进行初步模拟，然后对涡流区进行网格??加密，再次计算后再进....

本文编号：4033608