仿生前缘流动与空化控制机理的数值研究

座头鲸快速游动或回转时,生长在鳍肢前缘的不规则凸结可诱发一定尺度的对旋涡,使鳍肢表层流场适当湍流化,在大载荷工况下抑制失速、确保鳍肢具有良好的推进性能;前期相关研究还证明,该流动结构对于水翼空化的控制也具有一定效果.为深入理解前缘凸结对水翼空化的控制机理,对泵叶片的抗空化设计提供有价值的参考,本文借助数值模拟方法研究了前缘凸结对NACA 63(4)-021水翼流动结构及空化形态的影响机制,基于已有参考数据证实了随来流工况变化凸结涡系的演变趋势,并明确了凸结流动结构对水翼空化弦向、展向发展的限制作用。由于现有仿生凸结的应用对象普遍为较厚的气动翼型,而在轴流泵应用中,叶片剖面翼型普遍为小攻角高流速的薄翼,本文还以某轴流泵的叶片剖面薄翼为对象,研究了仿生凸结对小攻角薄翼上空化形态的影响机制,并再次证实了凸结涡系对薄翼空化同样具有较好的控制效果。