不可壓縮空腔流振蕩特性研究.pdf

1、由于流體流經(jīng)空腔,會(huì)產(chǎn)生壓強(qiáng)、速度等脈動(dòng),進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生噪音,所以近年來(lái)許多流體力學(xué)研究者對(duì)其進(jìn)行深入研究。盡管空腔流研究持續(xù)了許多年,對(duì)于如何判定空腔流的是否發(fā)生振蕩以及振蕩模式,眾多研究者都給出了不同的判別的標(biāo)準(zhǔn),尤其在水流場(chǎng)研究中,這個(gè)問(wèn)題就比較突出。
　　本文采用不可壓縮模型,采用實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)值計(jì)算方法來(lái)研究空腔水流場(chǎng)的振蕩特性。在實(shí)驗(yàn)研究中,采用了PIV技術(shù)對(duì)不同長(zhǎng)深比L/H和來(lái)流速度U的空腔流進(jìn)行測(cè)試。在數(shù)值計(jì)算研究中,采

2、用了大渦數(shù)值模擬的方法。
　　通過(guò)對(duì)不同長(zhǎng)深比L/H和不同來(lái)流速度U的空腔流進(jìn)行實(shí)驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn):空腔流場(chǎng)有典型的三渦結(jié)構(gòu)。在前緣邊界層的剪切作用下,形成一個(gè)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的大渦形成于腔內(nèi)靠下游壁面的一側(cè)。這個(gè)大渦占據(jù)腔內(nèi)大部分區(qū)域。在大渦的挾帶作用下,腔內(nèi)底部靠前緣有一個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的較小渦,在后緣角部還可觀察到一個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的很小的渦。
　　本文通過(guò)三維效應(yīng)、網(wǎng)格無(wú)關(guān)性網(wǎng)格疏密的影響以及亞格子應(yīng)力模型的影響這以及與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)

3、比這幾個(gè)方面來(lái)論證數(shù)值計(jì)算結(jié)果的可信性。分析結(jié)果表明,數(shù)值計(jì)算是可信的。
　　空腔流實(shí)際上是三維流動(dòng),本文用三維計(jì)算結(jié)果與二維計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,考察了二維計(jì)算的有效性。網(wǎng)格劃分的疏密以及亞格子應(yīng)力模型也可能對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響。本文通過(guò)三維效應(yīng)、網(wǎng)格無(wú)關(guān)性網(wǎng)格疏密的影響以及亞格子應(yīng)力模型的影響這三個(gè)方面,論證了數(shù)值計(jì)算結(jié)果的可信性。分析結(jié)果表明:計(jì)算的三維效應(yīng)、計(jì)算域的網(wǎng)格劃分疏密和亞格子應(yīng)力模型對(duì)基于腔長(zhǎng)L的斯特魯哈數(shù)St以及腔內(nèi)

4、壁阻力系數(shù)CD有的大小有較大影響,但對(duì)空腔流的振蕩模式以及渦的基本形態(tài)沒(méi)有顯著影響。本文采用二維計(jì)算模型和計(jì)算方法研究不可壓縮空腔流的主要振蕩特性是可行的。
　　1流經(jīng)空腔的水流是否發(fā)生振蕩與空腔前緣動(dòng)量損失厚度、來(lái)流速度U以及空腔腔長(zhǎng)L有關(guān),空腔前緣動(dòng)量損失厚度與來(lái)流速度U是通過(guò)表征壁面的剪切強(qiáng)度的摩擦速度來(lái)影響空腔流的振蕩性;
　　2從空腔流的瞬時(shí)渦結(jié)構(gòu)和空腔的阻力系數(shù)CD二個(gè)方面的特征,來(lái)分辨空腔水流場(chǎng)有兩種典型的振蕩