【摘 要】
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船舶推进中产生的空化现象会诱导艉部振动、水下辐射噪声及桨舵表面空蚀,从而影响船舶设计中的辐射噪声、整体舒适性及材料耐腐蚀性等多项指标。基于空化预报的船舶设计反过来对空化预报的可靠性提出了更高的要求。但是,只有当我们真正清楚了空化现象的物理机制之后我们才能对相关的物理和数学建模进行评判。然而迄今为止,我们对于一些空化的影响因素仍然无法控制,比如水中自由溶解的空气含量等水质因素,以及涡空化中的尺度效应
【机 构】
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第十届全国流体力学学术会议论文摘要集
【出 处】
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船舶推进中产生的空化现象会诱导艉部振动、水下辐射噪声及桨舵表面空蚀,从而影响船舶设计中的辐射噪声、整体舒适性及材料耐腐蚀性等多项指标。基于空化预报的船舶设计反过来对空化预报的可靠性提出了更高的要求。但是,只有当我们真正清楚了空化现象的物理机制之后我们才能对相关的物理和数学建模进行评判。然而迄今为止,我们对于一些空化的影响因素仍然无法控制,比如水中自由溶解的空气含量等水质因素,以及涡空化中的尺度效应因素。关于梢涡空化,国内己发表文献多聚焦于空化初生及其尺度效应研究,旨在预报和抑制梢涡空化。但真正通过数值模拟捕捉到梢涡空泡形态的不多,即使捕捉到也是略有捕获,想要将实验中观测到的一到两个螺距范围内的梢涡空泡进行全程模拟由于网格数量限制及数值算法本身导致的人工耗散从目前来看几乎不可能。因此,由于梢涡空化引起的螺旋桨唱音等异常噪声特性也无法进行准确的数值模拟。梢涡流场是一个三维强旋流流场,具有明显的各向异性特点,因此在选择数值模拟方法时,很容易想到基于各向同性涡粘性假设的湍流模型可能无法进行准确的流场计算。在各种湍流模型中,可以预测雷诺应力模型、大涡模拟及RANS/LES混合方法DES等可能是较好的梢涡流场计算方法,尤其是大涡模拟,在预测梢涡流场的湍流特性方面、流场的动态特性方面可能会具有独特的优势和较好的精度。本文以空化标模桨PPTC’15为研究对象,从网格形式及湍流模式两个方面进行了探索,目标是对梢涡空化进行充分的模拟。为此尝试了基于均质混合流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型的RANS和LES两种算法,通过在梢涡区域进行网格加密,改进了梢涡空化的模拟精度,在推力系数及各阶压力脉动幅值均符合精度要求的前提下对两种算法进行了比较,明确了LES在梢涡空化模拟方面的优势。
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