目前，空化流动数值模拟方法基本分为界面追踪法和界面捕获法两类，其中又以界面捕获法中的均相流模型应用最广。在空化流动数值计算中，湍流模型的选择对数值模拟结果的影响很大，尤其是在雷诺数比较高的工程问题中。近年来，在空化流动数值模拟方面，国内学者也取得了有效成果。钟诚文和汤继斌［57］通过引入混合密度函数发展的空化模型，对绕水翼的空化流动进行数值模拟，验证了此方法的可靠性。......
2023-06-15
空化试验研究：探究空气的影响
【摘要】：早期的空化现象试验研究集中在空化区结构与形态的观测。图1.4不同阶段的空化形态［11］片状空化；云状空化；超空化随着工程实际的需要和试验测量技术的发展，空化流动试验研究由定常阶段转向了非定常阶段。Stutz和Reboud［16，17］对云状空化的两相流结构进行试验研究，获得了沿空泡长度方向空泡体积分数随时间的变化。Leroux［19］和Ji［20］等进行的绕水翼空化流动的试验研究结果也进一步证明了反向射流是空泡脱落非稳定性的主要影响因素。
由于空化现象的复杂性，水力机械的外特性及其内部空化流动的实际测量一直是推动人们对水力机械内部空化与流动本质关系研究的基本方法。早期的空化现象试验研究集中在空化区结构与形态的观测。1895年，Parsons建成了世界上第一台，也是最简单的空化试验水洞，用闪频观测器观察空化现象。Knapp［9］在对空化流场进行大量观测的基础上，按空泡存在形式和产生的原因，将空化分成了游移型空化、固定型空化、旋涡型空化和振动空化四类。按照空化的发展阶段特征，其也可以分为初生空化、片状空化、云状空化和超空化［10］，如图1.4所示。
图1.4 不同阶段的空化形态［11］
（a）片状空化；（b）云状空化；（c）超空化
随着工程实际的需要和试验测量技术的发展，空化流动试验研究由定常阶段转向了非定常阶段。Furness和Hutton［12］通过观测二维缩放喷嘴内空化的变化过程并结合数值模拟，指出了在云状空化阶段大量空泡团脱落是由反向射流引起的。Huang［13］通过对绕轴对称头型空化流动的观察，发现了在分离处产生的附着空泡群或小的空泡涡导致空化初生和边界层分离；水中不溶解性气泡的长大和溃灭而发生空化。Franc和Michel［14］观测了绕水翼空化流动，结果显示，附着型空化的发展与边界层分离有关联。Kubota等［15］观察了绕水翼云状空化的结构，发现空化的发生和发展过程中含有许多微小的空泡集中涡，并指出了空穴的尾部发生脱落是近壁反向射流的结果。Stutz和Reboud［16，17］对云状空化的两相流结构进行试验研究，获得了沿空泡长度方向空泡体积分数随时间的变化。Pham等［18］对翼型片状空化进行了试验研究，结果表明，反向射流和小的界面波是引起片状空化不稳定性的来源，并提出了有效控制片状空化不稳定性的两种方法。Leroux［19］和Ji［20］等进行的绕水翼空化流动的试验研究结果也进一步证明了反向射流是空泡脱落非稳定性的主要影响因素。
进入20世纪90年代，随着高速摄像技术、激光多普勒测速（LDV）、粒子图像测速（PIV）、激光诱导荧光（LIF）、微型传感器以及与计算机图像处理技术相结合等手段开始广泛应用于空化流动的试验研究，人们的研究重点集中在空化的发生和发展过程规律及产生机理上。顾巍和何友声［21］对绕水翼的空化流场进行了LDV试验测量，发现局部流动直接影响空泡流整体非稳态周期性振荡，并指出了发生空泡自然振荡的根本原因是空泡流边界层的发展状态。Dular等［22］利用PIV装置和LIF技术测量了绕水翼空化流场的速度和空化结构形态。Huang和Wang［23］采用PIV结合高速摄像观测技术，研究了绕水翼的非定常空化特性，指出速度和涡量的分布与非定常云状空化有关联。
近年来，人们越来越重视空穴的断裂、空泡的脱落及其溃灭过程对空化流场稳定性的影响。Leroux等［24］对绕水翼空化流动中脱落的空泡团溃灭所产生的冲击波进行研究，发现了空泡的脱落频率与冲击波的大小有关。张博等［25］研究了水翼的空化动力特性，揭示了不同空穴形态与升力变化频率之间的内在关系。黄彪［26］和时素果［27］等分别对绕平头回转体和水翼的非定常空化流动及其动力特性进行了研究，其结果均证明了动力特征频率与空泡的脱落频率相同。
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2023-06-15
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2023-06-26
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2023-06-15
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2023-06-26
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