浅读云状空化非定常脱落机理的数值与实验研究

1、浅读云状空化非定常脱落机理的数值与实验研究03210902 20090663 刘芳州在学习了动力机械专业教育课以后，我对本专业的认识又有了进一步的提高，同时对专业不同方向的研究内容，研究方法以及所取得的科研成就也有了更深刻的认识和提高。课后，我认真阅读了2009年7月力学学报上刊登的由张博、王国玉、黄彪、余志毅合作完成的论文云状空化非定常脱落机理的数值与实验研究，现将阅读的收获写成此文。我通过阅读次论文得知，“一般的，按照空泡形态特征，将附着型空化分为出生空化、片状空话、云状空化和超空化4个阶段。”其中，云状空化想象由于包含多种复杂流动现象，“使用数值模拟和实验方法均遇到巨大挑战”，在流动模型

2、的确立方面还有许多问题需要研究。本文的研究目的既是为了进一步了解云状空化的非定常特性及其机理为取得精确的实验数据，构造符合实际的模型，作者在实验中主要采用了两种研究方法：应用高速录像的方法观测了云状空化阶段空泡的形态；应用数值的方法计算了绕水翼云状空化流场结构。实验采用是主要设备有如下两个：1.闭式空化水洞，其实验段及水翼安装位置如下图实验段尺寸为70×190×700。实验采用了不锈钢制成的Clark-y型水翼，其翼展和翼弦方向的长度，并由机械镇定装置固定于实验段，可可绕轴连续调整所需的攻角。实验时，通过其上下部及前侧面的透明有机玻璃窗，可观测水翼周围的流场形态。2.高速全

3、流畅显示系统，其布置图如下该系统由激光器、一台高速摄像机和一台用于显示储存实时图像的计算机组成。其中激光片光源从下部射入，照亮位于水翼翼展中部断面，采集相关图像。高速摄像机型号为HG-LE，采用CMOS传感器为记录介质，最高采集频率可达105fps（帧/s）。在实验计数值计算过程中采用如下流动模型： 数值计算采用了汽液两相的当地均相流模型，湍流模型采用了修正的RNG -方程，为准确模拟云状空化区域的多相湍流流动，利用商业软件的二次开发接口，加入了采用FORTRAN语言自编的程序，引入了一种与空化区域水汽相密度相关的系数，对湍流模型进行了修正，计算中考虑湍动能对饱和蒸汽压的影响。通过精确计算和模

4、拟，作者通过研究得出的主要结论如下：1.云状空化是一种准周期性的非定常流动，其过程包括了生成、生长、断裂和脱落4个阶段。2.云状空化的形态应该包含两个部分，前端的附着型空穴和后部的云状空泡团，其分界是断裂点。当断裂后，前后部分表现了不同的变化过程，后部的空泡断裂后脱落，随主流向后运动，并逐渐溃灭，前部的附着型空穴随时间变化而快速收缩。3.近壁的反向射流导致了云状空泡团的断裂，反向射流的流动介质以液相为主，引起局部压强的上升，这种随反向射流运动而产生的局部压强上升拾音器空泡断裂的直接原因。4.引起反向射流的主要因素是云装空泡团后部由于近壁的复杂旋涡运动而引起的逆压梯度，该逆压梯度使液相获得足够的能量向其异型头部发展。 在完全阅读了此论文以后，我认识到，现代的科学研究需要针对研究对象综合考虑多方面的影响因素，从中抽象出合理的数学模型，利用科学计算机技术进行仿真模拟，从而得出科学的研究结论。现代的科学研究也不再是单纯了理论研究与计算，而