吸喷结合式水翼水动力及空泡性能的数值分析-论文.pdf

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1、第38卷第4期武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Vo1．38No．42014年8月JournalofWuhanUniversityofTechnologyAug．2014(TransportationScience＆Engineering)吸喷结合式水翼水动力及空泡性能的数值分析*何新”王超张立新¨任选其D(哈尔滨程大学船舶工程学院”哈尔滨150001)(海军工程大学船舶与海洋工程系武汉430033)摘要：以NACA0012为研究对象，采用2种湍流模型对翼型绕流进行模拟，通过与实验值对比，确定了合理的湍流模型．分别计算分析了船用水翼添加前缘抽吸作用、后缘喷水作用、吸喷结合

2、作用后，升力系数、阻力系数和升阻比的变化情况，结果表明，船用水翼在微吸水、喷水或吸喷结合作用下均提升了翼型的升阻比，起到了增效的作用．开展了翼型在无吸喷、单吸口、单喷口及吸喷结合形式下的定常与非定常空泡流动的数值模拟，计算结果表明，前缘吸水可以抑制空泡的发展，尾部喷水却会使翼型空泡分布扩大化，吸喷结合形式较为适中；针对翼型的3种改进均使空泡周期增长，可抑制单位时间内空泡云的脱落，减少对水翼表面的剥蚀．关键词：吸喷结合式水翼；失速角；升阻比；空泡性能；数值模拟中图法分类号：U661．4doi：10．3963／j．issn．20953844．2014．O4．025减少船用水翼的

3、阻力，提高其升阻比等对于“C”形全结构化网格．计算域边界条件的设置见改善船用水翼的水动力性能具有重要意义．国内图1，整个“c”形边界为速度入口，在计算水翼的外研究证明在水翼表面布置吸口和喷口能改善水水动力性能时，右边界为自由出口；在计算空泡性翼的水动力性能口]．段会申等∞结合抽吸气转捩能时，右边界为压力出口．翼型表面为无滑移边界控制和微吹气湍流减阻控制的特点，运用数值模条件．图2为水翼表面吸口和喷口布置示意图，其拟方法得出在同一雷诺数下，吸气控制能使翼型中：X1F一0．25rn，L—O．5In，H一矗：0．005rrL总阻力减小约3，而吸吹气联合控制可使翼型总阻力减小约l6

4、％，证明了吸吹气控制技术是一种行之有效的减阻控制技术．王超等采用粘流方法分析了前缘微吸和尾部微喷单独作用时对水翼水动力性能影响．本文以NACA0012为参考计算原型，应用流体仿真软件FLUENT进行了系统地计算，分析了在船用水翼前缘布置吸口以及后缘布置喷口后，对翼型水动力性能以及空化性能的影响．图1计算域1数值模拟方法1．1模型建立与网格划分选用NACA0012对称翼型为计算模型，弦长C为1rn，整个流域采用“C”域，划分网格也采用收稿日期：2o14一o4—15图2水翼表面吸口和喷口布置何新(1988一)：男，硕士，主要研究领域为船舶推进与节能国家自然科学基金项目(批准号：

5、41176074)、中国博士后科学基金面上资助项目(批准号：2012M512133)、中央高校基本科研业务费专项资金(批准号：TO13513015)资助第4期何新，等：吸喷结合式水翼水动力及空泡性能的数值分析·817·1．2数值求解方法会有提升，且喷口数量越多、位置越靠尾缘，升阻本文应用FLUENT软件中自带的ke—RNG比系数越小．综合考虑上述结论，本论文的主要参和kw—SST2方程模型进行计算引，通过结果验数定为：吸口和喷口各一个，且宽度都为0．005m，证选择合适的湍流模型进行后续计算，在计算有吸口位于弦长方向25％位置处，喷口位于75位吸口的二维水翼时，由于来流速度

6、与吸口处流速置处．继而确定水动力性能计算的工况，见表l_相差很大，所以要选择低雷诺数修正．计算选用双表1计算工况精度求解器，以提高计算精度，求解方程选用二阶隐式求解，压力和速度耦合采用Simplec算法，离散化方程全部选用二阶迎风格式，翼型表面满足无滑移边界条件．在计算空化性能时，选用Mixture模型，由于计算易于发散，所以要将松弛因子适当调小．同时，空泡模型采用基于输运方程的AshokK．Sin—2．2空化性能计算工况ghal完整空化模型．参数为：饱和蒸汽压P为3540Pa，水相和汽相的密度分别为1000和0．02558kg／m。，表2计算工况面张力取值为0．0717N

7、／m，空泡数及压力系数表达式如下．2．1水动力性能计算工况一；C一参数为：吸口宽度H、吸气源与叶型前缘沿寺己，吉IDu弦长方向的距离x。吸水速度己，，，吸喷口在弦当雷诺数Re一3×10、攻角a一6。、空泡数长方向距离为L，喷口宽度h，喷水速度U，叶片一0．85时，分别计算了母型水翼、单吸口水翼、弦长C、来流速度U。。．单喷口水翼和吸喷结合式水翼4种形式下二维水为了后续结果分析的方便，对吸气量和喷水翼定常与非定常流动的空泡性能．量进行量纲一的量处理，可表示为===×器；—2h×3计算结果分析雷诺数计算公式为3．1湍流