头型对回转体非定常空化流动特性影响的实验研究

为了研究绕不同头型回转体的空穴发展特性,采用高速录像技术分别观察了绕平头和半锥角为45°的锥头回转体在不同空化数下的形态特征,应用粒子测速系统(PIV)测量了其速度、涡量及湍流脉动等分布情况。研究表明,相比于锥头回转体,同一空化数条件下,平头回转体的空穴最大尺度较大,且其随空化数的变化率亦较大;平头回转体空穴在发展的过程中表现为大尺度空泡团的融合、脱落及溃灭,表现较大的脉动,锥头回转体则为小尺度空穴的溃灭及再融合进而溃灭,空穴的脉动较小;空穴区域对应于低速高脉动区域;随着空化数的减小,速度分布趋于均匀,空穴内部流动脉动增强,高湍动能区域逐渐增大。

非定常空化流场结构的实验研究

为深入研究非定常空化流场结构,本文用实验方法研究了绕Clark-Y型水翼的非定常空化流动现象。实验在空化水洞中进行,采用高速摄像技术观测了云状空化阶段的非定常空穴形态,并应用粒子成像测速系统(PIV)对绕水翼空化流场的速度场和涡量场等流动特性进行了同步的实验分析。研究表明:空化现象对流场结构有着重要的影响,在无空化和空化状态下,水翼前缘处的速度分布基本相同,但水翼中后部的流场结构存在较大的差异,在空化状态下,水翼中后部存在明显的水汽混相结构,该区域内的速度要低于主流区域,但涡量要大于其它区域,说明该区域存在明显的漩涡结构。在非定常云状空化的一个完整的发展周期中,空穴形态经历了初生-增长-溃灭的准周期过程,水汽混合相和汽相的分布决定了空化区域的形态结构与速度和涡量分布,在空穴的持续生长阶段,水翼中后部流场的低速高涡量区域的影响范围不断增大。在空穴周期型发展的后期,随着反向射流的发展,水翼中后部的流场结构处于强烈的非定常状态,水翼尾部的空化漩涡运动剧烈,空泡内部呈现出更为明显的漩涡结构,直至空泡完全脱落。