螺旋桨叶截面空化云仿真研究.pdf

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1、第37卷第2期舰船科学技术Vol-37，No·22015年2月SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYFeb．，2015=：=：：=：===：：==：===：=：：：：：================================================螺旋桨叶截面空化云仿真研究范宇，笪良龙(海军潜艇学院，山东青岛266071)摘要：本文基于雷诺平均模拟方程(RANS方程)，采用均相流空化模型和RNGk一占湍流模型，对螺旋桨叶截面非定常空泡流动进行数值模拟。对局部层状空泡从初生、发展、断裂以及在下游高压区溃灭的

2、周期性过程进行仿真，并将仿真结果与实验现象进行对比，对各个阶段的空化面积和空化程度进行数值统计分析。结果表明：在螺旋桨叶截面周期性云状空化流场中，90％以上高度空化区域和30％以下低度空化区域的面积变化显著，而其他空化程度的区域面积基本稳定。关键词：螺旋桨；CFD；空化中图分类号：TN911文献标识码：A文章编号：1672—7649(2015)02—0040—04doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2015．02．008Simulationofthecyclicalprocessofcavitationscl

3、oudaroundpropellerbladesectionFANYu，DALiang—long(NavySubmarineAcademy，Qingdao266071，China)Abstract：RANSequationswithRNGk一占turbulentmodelsandhomogeneousmulti—phasecavitationmodelsareusedtosimulatetheflowaroundpropellerbladesection．Alltheperiodicalprocessfrominitialgene

4、ration，developing，rupturetocollapseinthedownstreamissimulated．Andthen，aftercomparingtheresultswiththephenomenonoftheexperiment，thestatisticsanalysisofthecavitationdegreeandareaineverystageiscounted．Theoverallresultssuggestthatintheperiodiccavitationflow，theregionwhich

5、thedegreeofcavitationismorethan90percentsandlessthan30percentswilloccurdramaticchange，andtheotherregionremainsstable．Keywords：propeller；CFD；cavitation0引言空化是一种包含汽液相间质量传输的非定常、可压缩、多相流的复杂流动现象⋯。近年来，人们对于螺旋桨的空化流动现象做了大量的研究口。’。在数值求解上采用了不同的空化模型和湍流模型对空化流场进行了大量的仿真计算，并得到了与实验数据吻合较好

6、的计算结果。由于空化云的周期性脱落是引起高频压力脉动、振动和噪声的重要原因，因此，研究空化云脱落机理具有非常重要的工程实际意义，对于今后研究和掌握空化噪声的规律也具有重要意义。本文基于雷诺平均模拟(RANS)方程，采用RNGk一占湍流模型和均相流空化模型”o对攻角为7。、空化数为0．606的螺旋桨叶截面进行了CFD仿真研究。重点研究了非定常条件下，桨叶截面云状空化流动的周期性规律，对典型周期内的空化流场变化情况进行了分析，得到了周期性变化的空化流场中不同空化程度面积的变化规律。l数学模型和数值计算方法1．1连续性方程和动量方程在连

7、续介质条件假设下，粘性不可压缩流体流动的方程式，包括质量守恒方程和动量守恒方程，收稿日期：2013—12—10；修回日期：2014—03—24基金项目：国家自然科学基金资助项目(61203271)；教育部“新世纪优秀人才支持计划”资助项目(6131222)作者简介：范宇(1980一)，男，博士研究生，研究方向为螺旋桨空化噪声仿真。第2期范宇，等：螺旋桨叶截面空化云仿真研究·41·即通常所称的Navier—Stokes方程(简称N—S方程)。目前，N—S方程的求解方法主要有：直接数值模拟法(DNS)方法，大涡模拟(LES)方法以及雷

8、诺平均模拟(RANS)方法”“】。目前工程中最常用的复杂流动问题数值预报方法是求解雷诺平均应力方程，该方法只是计算大尺度时间平均流动，以各种类型的湍流模型来封闭所有的湍流脉动对时均流动的作用。1．2湍流模型将标准K一占模型用于强旋流或带有弯曲壁面的