水翼表面微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其對(duì)空化流場(chǎng)影響研究.pdf

1、空化是造成水力機(jī)械性能下降、系統(tǒng)振動(dòng)、噪聲和葉片表面空蝕的重要原因，而水力機(jī)械一般具有較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和較高的旋轉(zhuǎn)速度，實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬均不易對(duì)空化的發(fā)生和演化的機(jī)制進(jìn)行細(xì)致的研究，因此針對(duì)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(jī)械中的空化問題，探尋改善或抑制云空化的手段方法，進(jìn)而提高水力機(jī)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(chǔ)上驗(yàn)證了密度修正

2、的RNG k-ε湍流模型結(jié)合Singhal et al.全空化模型在空化計(jì)算上的準(zhǔn)確性，模擬準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)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(duì)繞水翼空化的頻譜特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水翼攻角為6°時(shí)，隨空化數(shù)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(xiàn)功率譜密度的突然躍升，當(dāng)空化形態(tài)為片空化時(shí)，功率譜密度逐漸降低。當(dāng)水翼攻角為8°和10°時(shí)，在云狀空化階段，

3、空腔振蕩頻率基本不隨空化數(shù)的變化而改變，其斯特勞哈爾數(shù)（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(xiàn)功率譜密度的突然躍升。在此基礎(chǔ)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(dòng)力性能之間相互作用的規(guī)律。對(duì)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(guān)，該位置位于相應(yīng)攻角下水翼上弧線的頂點(diǎn)。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(xiàn)，當(dāng)射流方向逆來流方向，并與來流呈155°夾角時(shí)，空化抑制效果較為明顯，同時(shí)對(duì)水翼動(dòng)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(jī)理：在合適位置以適當(dāng)?shù)慕嵌茸⑷肷淞?，相?dāng)于給邊界層注入能量，射流的注入同時(shí)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(jìn)一步減弱了回射流漩渦形成的動(dòng)力，空化得以有效抑制?；诙S水翼的模擬結(jié)果，研究了三維水翼翼展方向孔隙率φ對(duì)空化的抑制效果，從空化體的周期演化形態(tài)，回射流