绕水翼云状空化流动特性的研究

采用高速全流场显示技术分别观测了绕超空化水翼和Clark-Y型水翼的云状空化。结果表明:绕超空化水翼和Clark-Y型水翼的云状空化具有相同的变化过程,即:生成、成长、膨胀、脱落和消失溃灭五种状态,两种空化云流动都具有明显的脱落周期和脱落轨迹。在翼型尾部存在的反方向射流,致使空化旋涡脱落;尽管模型尺度、来流速度和空化数基本相同,但由于超空化水翼与Clark-Y型水翼断面形状不同,使翼型尾部的反方向射流强度不同,故与来流相互作用强度不同,导致绕两种水翼的空化云脱落周期不同。在本文实验条件下,绕超空化水翼空化云和Clark-Y型水翼空化云的脱落频率分别为13.5 Hz和19 Hz。

绕Hydronautics水翼空化云流动的实验研究

采用高速全流场显示技术和DPIV对空化水翼近壁处的空化云流动形态和运动机理进行了讨论。结果表明:绕Hydronautics翼型的空化云运动是一个准周期性过程:稳定空泡团初生在翼型前部,向翼型后部发展布满整个翼面,在翼型后缘出现汽泡团旋涡,伴随反向运动,最终向下游脱落。当前条件下空泡团旋涡脱落周期约为74 ms。空化区与主流区的交界面上存在较大的速度梯度,一组对涡出现在翼型尾部处交界面上。此外,采用以空泡为示踪粒子的DPIV能够对空化流动流速分布进行有效测量。

平板通气气液两相流流动的实验研究

采用高速全流场显示技术与PIV相结合,观测了平板表面通气流场的流动结构和运动特性,通过改变来流速度和通气量,讨论了不同Re、通气率对气、液两相流的影响,结果表明:通气率不变时,随着Re增加,通气气泡的透明度依次呈现透明、半透明状和比较均匀分布的水气混合模糊状态。不同Re,改变通气率Q v对平板表面的通气流动的影响差异较大。低Re时,随着通气率增加,平板表面的通气气泡由不规则的细长状、椭球状逐步向球状转变;高Re时,通气气泡扩展成带状,通气率增加使气泡带的宽度和厚度明显扩大。平板表面通气流动的时均速度场分布为稳定的孔前低速区、近壁面气泡区和主流高速区,涡量区分为主流区和气泡区。随Re和通气率改变,通气流场的速度和涡量分布呈现不同的特点。

绕空化器回转体非定常通气空化流动特性的实验研究

为了研究绕回转体通气空化流场特性,以带空化器回转体为研究对象,采用实验的方法运用全流场流动显示技术获得了不同条件下的空泡形态、流场结构。研究结果表明:在相同傅汝德数下,空泡形态随通气率的增大而增大,从最初的游离空泡发展成超空泡,在超空化阶段的显著特点是在主流区和超空化区之间存在着光滑而清晰的分界面,空泡的稳定性增强;在相同通气率下,空泡形态随傅汝德数的增大而减小,由于空泡界面的滑移速度增大,通入的定量气体来不及聚积成大的空泡而被高速来流带到流场的下游,使得泄气量加大;通气空化流场呈现非定常特性,其反向射流的推进速度随通气率的增大而增大。

绕空化器通气空化流场的实验研究

本文采用高速全流场显示技术和动态应变式测力系统相结合研究了绕圆盘空化器通气空化流动发展过程和动力特性,讨论了通气量对空化流场形态和阻力的影响。结果表明:随着雷诺数增加,绕空化器的通气空化流场经历了初生空化、带状空化、团状空化,阻力系数不断减小,未发生自然空化时,减阻效果明显;随着通气量增加,绕空化器通气空化流场出现了半透明空化和透明的超空化,阻力系数呈现增大的趋势,且增大梯度随通气量增加而增大。

轴对称体空化水动力脉动特性的实验研究

为了研究轴对称体非定常空化的脉动特性,采用高速全流场显示技术和动态测力系统实验研究了绕半球型和平头轴对称体的非定常空化流场及其动力特性。实验在闭式水洞中进行,采用高速摄影的方法观察了在不同空化数下绕半球型和平头轴对称体的空穴形态,总结了在不同空化数下空泡形态的脉动特性;测量了轴对称体受到的阻力,并对阻力信号进行了时频分析,得到了轴对称体阻力在非定常空化阶段的时频特征。结果表明:空泡形态及其对应的动力特征随着空化数的变化存在明显的非定常特性,空化流场形态与动力特征频率存在高度的相关性。并且不同头型轴对称体的脉动特性存在明显的差异,半球型轴对称体空泡流动的脉动主要是空泡尾部的高频小脱落引起的,而平头轴对称体的空泡流脉动成分主要是大尺度的漩涡空泡团的周期性脱落,空化流场的低频特征频率与空泡的大断裂相对应。

绕空化器自然空化与通气空化的对比

本文采用高速全流场显示技术和动态应变式测力系统相结合对比了绕圆盘空化器自然空化流场与通气空化流场流动结构和影响因素。结果表明,自然空化和通气空化在流场形态上有着相同的发展过程:初生空化、带状空化、团状空化、半透明超空化和透明超空化;空化数是自然空化主要影响因素之一,通气量是通气空化主要影响因素之一。通气能够促进绕空化器空化流动发展程度。

绕空化器自然空化流动的研究

本文采用高速全流场显示技术、片光源流动显示技术和应变式测力系统相结合研究了圆盘空化器模型的流场。结果表明：随着来流速度增加,绕圆盘流动经过无空化到初生空化的过渡过程后,出现了初生空化、带状空化和团状空化等不同空化阶段;绕圆盘流动阻力系数不断减小,出现了空化后阻力变化梯度降低;绕空化器的流场波动幅度不断加大,但空化器所受阻力主频基本稳定。