采用均相流模型并結合FBM湍流模型,對繞軸對稱回轉體通氣云狀空泡流動特性進行了三維數值模擬,基于實驗結果對數值方法進行驗證,同時利用基于拉格朗日體系的有限時間李雅普諾夫指數（FTLE）、拉格朗日擬序結構（LCS）和粒子追蹤方法分析了其三維非定常脫落特性。研究結果表明:縱截面上空泡覆蓋區(qū)域的拉格朗日擬序結構整體呈橢球狀分布,內部為不規(guī)律的復雜擬序結構;不同橫截面上擬序結構分布存在很大差異�？张輧炔康姆菍ΨQ流動結構和周向流動導致空泡呈現很強的三維運動特性。反向射流在周向上推進的不同步性,是造成空泡呈現不規(guī)則斷裂和大尺度U型空泡團脫落的主要原因。 

【文章來源】：宇航總體技術. 2020,4(03)

【文章頁數】：12 頁

【部分圖文】：

計算域邊界條件與網格劃分

為了進一步說明通氣云狀空泡的發(fā)展演化過程,圖3給出了不同的軸向位置監(jiān)測點的表面壓力系數隨時間的變化曲線,其中監(jiān)測點的位置如圖4所示。從圖3中可以看出,監(jiān)測點x/D=0.5,x/D=0.75和x/D=1的壓力保持相對穩(wěn)定,與其他監(jiān)測點的變化趨勢存在顯著差異,這是由于這3個監(jiān)測點位于通氣孔附近,受到尾部空泡脫落影響較小,始終位于空泡內部。隨著監(jiān)測點向空泡尾部移動,空泡末端周期性大尺度空泡團的斷裂、脫落影響逐漸加劇,對應的壓力也出現了低頻、高幅度的變化。基于上述的分析可知,對于繞回轉體的通氣空泡而言,反向射流存在強烈的三維特性,反向射流與主流相互作用后并未造成空泡完全斷裂,而是表現為空泡局部斷裂,當裂痕發(fā)展至空泡尾部后出現脫落,因此圖3中只有空泡尾部監(jiān)測點x/D=3.5,x/D=4壓力出現高幅度的變化。圖4 回轉體表面監(jiān)測線位置示意圖

圖3 不同軸向位置壓力隨時間的變化曲線為了研究通氣空泡發(fā)展過程的三維特性,圖5給出了不同時刻下不同軸向監(jiān)測線上的表面壓力分布,其中4條監(jiān)測線(A,B,C,D)的位置如圖4所示。從圖5可以看出,不同監(jiān)測線上空泡內部低壓區(qū)的壓力分布基本一致。壓力的最大峰值P1主要位于流動分離的再附著區(qū)空泡末端,且其軸向位置會隨著時間的推移發(fā)生改變,這說明空泡的脫落周期內空泡末端會發(fā)生小尺度空泡團的脫落。同時不同監(jiān)測線上最大峰值P1的軸向位置在相同時刻也存在著較大差異,這表明空泡末端小尺度空泡團脫落周向位置具有一定的隨機性。由于反向射流的作用,在空泡內部低壓區(qū)會出現壓力次高峰P2,其位置會隨著時間的推移逐漸向上游移動。對比同一時刻不同監(jiān)測線上的壓力分布可以看出,次高峰P2的軸向位置存在顯著差異,這說明反向射流在沿回轉體壁面向上游運動的過程中周向方向上存在著差異。

【參考文獻】：
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本文編號：3054372