通气空泡流动特性研究现状及进展

通气空泡是一种复杂的多尺度多相流动现象,尤其是通气局部空泡,不同尺度空泡旋涡的生成、发展、脱落及其相互作用,会造成流体动力发生剧烈、复杂的变化,对超空泡的生成、发展与稳定性有着重要作用。本文首先从实验测量和数值模拟两个角度,综述了通气空泡流动特性研究的发展概况,分析了当前存在的问题。在通气空泡流动实验研究中,主要介绍了实验平台、通气空泡形态、内部流场结构以及流体动力测量等方面所取得的进展。在数值模拟方法中,对目前的多相流模型和湍流模型进行了分类介绍;之后,总结了通气空泡的流态特征及不同流态间的转变机制、通气局部空泡的非定常脱落特性等;最后展望了通气空泡流动的研究方向和未来发展趋势。

非对称通气空泡多相流场特性研究

通气空泡的非对称介质分布将影响其水动力特性,继而影响空泡稳定控制,目前对其流动特性的认识较为局限。为揭示非对称通气空泡的流动机理,基于循环水洞实验及数值仿真开展了多相流场特性研究。结果表明:非对称流动导致空泡形成非对称沾湿区,依据流动介质的不同,非对称沾湿区可分为透明气相区、水气混合区及沾湿区。水气混合边界由底端母线向顶端母线发展过程中,滞止高压减小,空泡厚度增加,液体进入空泡内部方式从主要由轴向进入转化为主要由周向进入,同时水气混合物在来流作用下逐渐聚集,水气混合区面积随之增大。随着空泡闭合点逐渐靠近顶端母线,沿周向流动的液体层发展至顶端母线,顶端母线处则形成低速、高压、水气掺混区,湍流特性增强,并伴有大量细碎空泡涡的脱落。