附着型空穴断裂及脱落机制的实验研究

为深入研究附着型空穴断裂及空泡脱落机理,该文采用实验方法对收缩-扩张流道内的云状空化流动现象进行了研究。实验在空化水洞中进行,采用同步测量技术,通过高速摄像机和压力传感器同步获取了云状空化阶段的附着型空穴形态和壁面压力。研究结果表明,附着型空穴断裂及空泡脱落存在两种不同的机制:回射流机制和间断面推进机制。其中,回射流于附着型空穴尾部形成,紧贴壁面并持续向前推进,其厚度远小于附着型空穴厚度,在回射流向上游推进过程中,其覆盖区域壁面压力波动较小,当回射流运动到附着型空穴前缘,"剪断"附着型空穴,造成空穴断裂及脱落;附着型空穴内部形成的向上游推进的间断面是造成空穴断裂及脱落的另一种机制,间断面厚度为当地空穴厚度,间断面前后含气率差异较大,间断面前为高含气率的纯汽相区,间断面后为低含气率的水汽混合区。间断面向上游推进过程中,间断面位置处会出现压力尖峰,当间断面推进到喉口位置,带来喉口部位压力升高,降低了喉口位置空泡生成率,使得新生成的空泡与向下游运动的脱落型空泡分开,导致空穴断裂及脱落。

绕平头回转体空穴的发展及脱落特性研究

综合数值计算及实验技术研究了绕平头回转体的空穴发展及脱落特性。采用流动显示技术观察了绕平头回转体的空穴在不同空化数下的发展及脱落历程,并利用局部时均化湍流模型(PANS)进行了数值计算。研究结果表明:绕平头回转体空穴的发展过程和空泡的脱落细节均随空化数的不同而呈现出明显的差异;空化数较大时,空穴发展及脱落没有准周期性,空化数越小,空穴的发展周期越长,脱落空泡的尺度越小;绕平头回转体的空泡准周期性脱落过程主要包括空穴断裂与空泡脱落两个过程;空穴断裂的位置大约位于距回转体肩部0.3D(D为回转体直径)处,由于反向射流的作用使空穴的断裂呈U型涡状;在一定的空化条件下,绕平头回转体的空化由于断裂和融合两个过程的存在,将使空穴在发展过程中呈现更加稳定性的特征。