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绕水翼流动气核演化及云空化数值研究
| 论文题名： | 绕水翼流动气核演化及云空化数值研究 |
| 关键词： | 水翼流场;气核演化;空化生成;云空化计算;演化规律 |
| 摘要： | 船舶与海洋工程领域中空化是一种普遍存在的现象，如高速旋转的螺旋桨尾部流场、高速运动的水中航行体表面等均可能产生空化。气核存在是空化发生的必要条件，空泡生成是气核跨尺度生长的过程，对流场中气核的追踪有助于深入了解空化发生机理。回射流、空泡溃灭辐射产生的压力波、流场中的涡旋流动是导致空化现象不稳定的重要因素，进一步影响空化的发展。本文基于OpenFOAM平台二次开发了欧拉-拉格朗日气核计算模型和计入流场压缩性的空化流计算模型，对水翼流场中的空化生成和发展过程进行了数值计算研究，得到了关于空化生成过程气核演化规律、云空化发展规律及发展过程中水翼表面受力情况的一系列结论，为实现对空化流的高精度模拟、水下航行体的设计和空蚀的研究提供了参考。论文主要研究内容如下: 首先，建立了欧拉-拉格朗日气核计算模型和计及流场压缩性的二维及三维水翼云空化数值计算模型，并验证了本文所建立数值模型对水翼流场模拟的有效性，计算得到的升阻力、空化演化规律与公开发表的文献对比良好。 其次，对空化生成时涡旋流动区域内和水翼流场中气核的演化规律进行了研究，结果发现，兰金涡内的气核空化时间与初始注入气核位置、初始注入气核尺寸等因素有关，随着初始注入气核位置距离涡心逐渐变远，气核空化时间呈指数增加。使用LES湍流模型对水翼流场中的气核演化特性开展研究，发现涡旋流动会将流场中的气核卷入水翼面附近，为水翼面附近空泡的发展创造条件。 再次，使用计入流场压缩性的空化计算模型对水翼流场空化云演化规律进行了深入研究，发现附着在水翼上的空化断裂从水翼尾部开始，在空泡与来流接触的一侧开始逐层脱落，直至附着空穴完全脱落，三维水翼尾部脱落的空泡呈现为倒U型，沿水翼吸力面位置越靠后，单周期内所受高压作用时间段越长。 最后，在水翼云空化演化规律研究的基础上，开展了雷诺数、空化数和攻角等因素对水翼空化流演化的影响研究。随着雷诺数的增加，空泡区域的漩涡流动逐渐加强，随着空化数的减小，空泡区域长度逐渐增加，随着攻角的增加，空泡区域厚度逐渐增加。 |
| 作者： | 彭迪 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 王诗平;周景军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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