水翼叶梢涡空化实验研究进展

发布时间：2021-07-10 19:34

　　针对螺旋桨、水轮机以及导管桨等叶片的梢涡空化现象,国内外学者开展了一系列相关实验研究。本文对梢涡空化起始（或初生）、发展与溃灭（或消失）等3个阶段的实验研究进展及成果进行综述,梳理未来的研究方向及关键问题,为梢涡空化研究提供参考。关于梢涡空化初生问题,基于旋涡理论模型及流场测量技术,对不同翼型的梢涡结构特征进行分析,根据空化发生的相变条件（即气核、低压以及低压作用时间）,初步认识了梢涡空化发生机理;关于梢涡空化发展问题,以辐射噪声骤增为典型特征,借助空泡图像的高速摄影及声学信号同步采集技术,研究梢涡空化形态及对应的辐射噪声特征,通过进一步解释"涡唱"现象,深入认识了梢涡空化发生机理;关于梢涡空化溃灭问题,溃灭发生位置一般远离桨叶等水力机械,对结构物的振动与剥蚀影响很小,本文不作详细阐述。此外,对梢涡空化初生的准确预报,一直是相关理论研究成果应用于工程实际所面临的一个重要问题。归根结底,主要是影响梢涡空化关键参数（比如载荷、雷诺数和水质等）的尺度效应问题和梢涡空化初生预报公式逐渐完善的问题。 

【文章来源】：实验流体力学. 2020,34(05)北大核心CSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

螺旋桨梢涡空化[4]

旋涡理论模型虽未考虑黏性影响，但揭示了梢涡强度与水翼上的最大速度环量成正比。Fruman[11-14]、Boulon[15]、Katz[16]和Stinebring[17]等对不同三维水翼在不同流动条件下的梢涡流场测量显示，梢涡周围的速度分布大致符合Burgers涡模型，因而可以运用式（5）来计算梢涡的涡心压力系数。根据Fruman等对3种不同尺度椭圆水翼梢涡的测量分析结果（图2），旋涡强度Γ和涡核半径a在梢涡轴线上并非常数，而是沿着梢涡轴线方向变化。针对不同尺度椭圆水翼的测量结果，分别以最大弦长c、最大速度环量Γ0和最大弦长处的边界层厚度δ进行无量纲化分析，证实了梢涡强度与水翼最大速度环量有关，涡核半径与水翼边界层厚度有关。水翼最大环量Γ0与升力系数CL的关系式为：

梢涡空化初生实验显示：在一定的来流速度下，随着环境压力的降低，梢涡空化出现在水翼梢部的下游（如图3所示）；随着压力进一步降低，空化逐渐向梢部发展。因此，梢涡空化初生有以下定义方法：一是将梢涡中首次出现空化定义为梢涡空化初生，这样定义出的初生空化数受水中气核和涡核内湍流脉动的影响很大，结果可能过于发散；二是将梢涡空化发展到达梢部定义为梢涡空化初生，或是在梢涡空化充分发展后通过增加压力获得消失空化数，这样定义出的临界空化数具有极好的重复性[18-20]。以消失空化数σd作为梢涡空化初生预报的参数，根据式（9）可以给出梢涡空化初生预报的一般形式：

【参考文献】：
期刊论文
[1]梢隙流动空化初生及空化形态观测研究[J]. 刘玉文,徐良浩,张国平,彭晓星.  水动力学研究与进展（A辑）. 2017(06)
[2]三维水翼梢涡空泡和片空泡的雷诺数影响试验研究[J]. 顾湘男,曾志波,彭晓星,丁恩宝.  中国造船. 2017(01)
[3]水中空气含量对旋涡空化的影响[J]. 彭晓星,王力,潘森森.  水动力学研究与进展. 1989(04)
[4]含气量对梢涡初生空化的影响[J]. 姜树海.  水利水运科学研究. 1989(02)
[5]空化核与空化起始[J]. 潘森森.  中国造船. 1989(03)
[6]梢涡的初生空化及其发生位置[J]. 姜树海.  水动力学研究与进展. 1989(01)

硕士论文
[1]梢隙流动及梢隙空化的实验研究[D]. 刘玉文.中国舰船研究院 2017



本文编号：3276531