栅中水翼的空化流体动力特性

采用数值模拟的方法对空化条件下Clark-y水翼和栅中水翼的水动力特性进行了研究.计算中,空化模型采用基于Rayleigh-Plesset方程的Kubota模型,湍流模型则采用基于滤波器的混合湍流模型.通过实验结果对计算结果的可靠性进行了验证.结果表明,受上下翼型的影响,栅中水翼吸力面的低压区和压力面的高压区相对水翼情况有所收缩,造成平均升力系数变小;与水翼相比,栅中水翼的升阻力变化周期更长,波动范围更大.

绕栅中水翼空化流动的数值和实验研究

采用数值计算和实验研究的方法研究了绕水翼和栅中水翼的非定常空化流动.实验采用高速录像技术分别观察了绕水翼和栅中水翼云状空化形态随时间的变化,测量了升阻力,并对测量数据进行了频率分析.计算时空化模型选用了能比较准确描述旋涡空化非定常特性的Kubota模型,湍流模型采用能准确捕捉流场非定常特性的FBM模型.计算模型的可靠性用实验结果进行验证.结果表明,计算与实验的结果基本一致,相比绕单个水翼的空化流动,绕栅中水翼的空穴厚度比较薄,翼型近壁处的逆压梯度较小,反向射流的速度较小,且水汽混合区速度梯度较小,空穴的脱落周期变长,平均升阻力系数较小.

栅中空化水翼的水动力特性

采用实验的方法研究了栅中水翼的空化水动力特性。实验在空化水洞中完成,采用高速摄像技术观测了不同空化阶段的空穴形态,并测量了栅中水翼所受的升阻力。结果表明:在空化没有发生时,栅中水翼所受升阻力随雷诺数的增加而增大;当空化产生时,不同的雷诺数下栅中水翼空化动力特性随σ/2α的变化趋势一致;在相同的雷诺数下,当4>σ/2α>2.8时,栅中水翼升力系数变化的频率基本不随σ/2α改变,最大空穴长度小于水翼弦长,此时St=0.11;当σ/2α<2.8时,栅中水翼升力系数变化的频率增加,对应的St=0.28。

FBM模型在栅中翼形空化流动计算中的应用

以单排Clark-Y型水翼叶栅为例,采用滤波器湍流模型(FBM)对绕栅中水翼的空化流动进行数值研究。雷诺数和空化数结合水洞实验工况进行设置,滤波尺寸根据加密区最大网格尺度取出经验值,模型通过二次开发方法嵌入至CFX软件中。对栅中水翼空化流动特性的分析表明,栅中翼形前缘和后缘部分均可能发生准周期性的空泡脱落现象,其脱落周期随空化数的降低而变大;前缘和后缘空泡的脱落均对翼型阻力产生影响,但前者影响更大,随空化数的降低,脱落现象逐渐局限于后缘部分,使翼型所受阻力的波动大为减弱。