水翼表面微結構設計及其對空化流場影響研究.pdf

1、空化是造成水力機械性能下降、系統(tǒng)振動、噪聲和葉片表面空蝕的重要原因，而水力機械一般具有較復雜的結構和較高的旋轉速度，實驗和數值模擬均不易對空化的發(fā)生和演化的機制進行細致的研究，因此針對繞水翼空化問題的研究可以幫助更好的理解發(fā)生在水力機械中的空化問題，探尋改善或抑制云空化的手段方法，進而提高水力機械的性能。本文圍繞 NACA0066水翼的空化問題，探究在水翼表面布置射流水孔抑制空化的效果。
　　本研究在比較優(yōu)選的基礎上驗證了密度修正

2、的RNG k-ε湍流模型結合Singhal et al.全空化模型在空化計算上的準確性，模擬準確地預測了空泡脫落頻率和空化體周期性演化形態(tài)。然后采用選定的模型對繞水翼空化的頻譜特性進行研究，發(fā)現當水翼攻角為6°時，隨空化數升高，空腔振蕩頻率逐漸降低，在云狀空化階段，表征空腔不穩(wěn)定性的功率譜密度較高；在云空化和片空化的過渡階段，出現功率譜密度的突然躍升，當空化形態(tài)為片空化時，功率譜密度逐漸降低。當水翼攻角為8°和10°時，在云狀空化階段，

3、空腔振蕩頻率基本不隨空化數的變化而改變，其斯特勞哈爾數（St）均穩(wěn)定在0.21附近；在云空化和片空化的過渡階段（σ/2α=3.5附近），同樣出現功率譜密度的突然躍升。在此基礎上，著重研究二維水翼射流水孔布置位置，射流出射角度與空化抑制效果和水翼水動力性能之間相互作用的規(guī)律。對6°攻角和8°攻角水翼在不同空化工況下注入射流的研究表明：最佳射流位置僅與水翼的攻角有關，該位置位于相應攻角下水翼上弧線的頂點。射流角度是影響空化抑制效果的又一重要

4、因素。研究發(fā)現，當射流方向逆來流方向，并與來流呈155°夾角時，空化抑制效果較為明顯，同時對水翼動力特性也有一定程度的提升。文章還初步分析了注入射流抑制空化的機理：在合適位置以適當的角度注入射流，相當于給邊界層注入能量，射流的注入同時改變了水翼表面的壓力分布，水翼尾緣逆壓梯度明顯減小，進一步減弱了回射流漩渦形成的動力，空化得以有效抑制?；诙S水翼的模擬結果，研究了三維水翼翼展方向孔隙率φ對空化的抑制效果，從空化體的周期演化形態(tài)，回射流