為了改善高速流動工況下水翼吸力面上流場的空化特性,提出了水翼表面主動射流對繞水翼周圍流動加以控制的方法.基于密度分域濾波的FBDCM混合湍流模型聯(lián)合Zwart-Gerber-Belamri空化模型,分析了來流空化數(shù)為0.83,來流攻角為8°,射流位置距水翼前緣為x=0.19c時,主動射流對于水翼吸力面上流動的空化特性和水動力特性影響.對回射流的強度進行了量化分析,以探究回射流與流場空化特性的關(guān)系.數(shù)值分析結(jié)果表明,在射流水翼吸力面上的時均空泡體積為原始水翼的1/15,使得流場內(nèi)空化流動由云空化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為穩(wěn)定的片空化狀態(tài),顯著地削弱了云空化的發(fā)展.此外,射流極大地改善了水翼的水動力性能,使得水翼的升阻比較原始水翼提高了22.9%,空泡的脫落頻率減少了26.2%,空泡脫落所引起的振幅減小了9.1%.射流大幅降低了水翼吸力面上低壓區(qū)面積,水翼吸力面上流體的逆向壓力減小,回射流強度降低;同時,射流使水翼吸力面上的邊界層減薄,增強了流動的抗逆壓梯度能力,一定程度上阻擋了回射流向水翼前緣的流動,這也從機理上分析了主動射流抑制空化的原因.

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【部分圖文】：

圖1射流水翼示意圖

式中各字母分別表示射流的質(zhì)量流量minj(kg/s),射流的體積流量Qinj(L/h),射流流速Uinj(m/s),主流通過水翼沿主流方向的投影面積S0(S0=hs=5.7526cm2)的等效質(zhì)量流量m0(kg/s),水翼沿主流方向投影的最大高度即水翼的最大厚度h(h=8.21....

圖2計算域及邊界條件設(shè)置

計算域如圖2所示,與實驗過程參數(shù)保持一致入口來流為均勻速度條件,雷諾數(shù)Re=5.07×105;出口為壓力出口邊界條件,空化數(shù)σ=0.829;葉片前緣距上游速度入口為4c,距下游壓力出口為6c,水翼表面及流場上下前后壁面均為速度無滑移絕熱壁面條件;對于原始水翼,射流孔處為速度無滑移....

圖3水翼及射流孔周圍網(wǎng)格劃分

整個流場的網(wǎng)格采用結(jié)構(gòu)化劃分,如圖3所示弦長方向的橫截面網(wǎng)格節(jié)點設(shè)置為320×160,展向方向網(wǎng)格節(jié)點為260個,y+在0.5～10之間,時間步長的選取為Tref/100[33].采用AnsysFluent17.0進行數(shù)值仿真.基于有限體積法對動量方程和連續(xù)性方程進行離散,采....

圖4一個典型周期內(nèi)繞原始水翼空化脫落的側(cè)視視角(上:實驗結(jié)果,下:數(shù)值結(jié)果;σ=0.83,α=8?,Re=5.07×105)

為了驗證本文所采用的物理模型和數(shù)值模型的準確性,將數(shù)值模擬所得的結(jié)果和實驗結(jié)果相比較.在小型空化水洞進行了NACA66(MOD)水翼的全流場流動測試,使用5000Hz的高速攝影相機對流場細節(jié)信息進行捕捉.圖4中給出一個典型周期內(nèi)實驗和數(shù)值結(jié)果的空化形態(tài)對比,數(shù)值模擬所得的空化形....

本文編號：3912293