射流控制参数对空化流动控制的影响研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tengyao2009
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附着型空化的脱落,会增大流场的不稳定性,造成水力机械的噪声、振动等一系列危害,因此对空化流动的控制显得尤为重要。针对在水翼吸力面开设射流水孔的空化控制方法,本文以NACA66(MOD)水翼为研究对象,结合高速摄像技术和数值仿真方法研究射流流量、射流位置、孔隙率等不同射流参数对空化抑制效果的影响规律,确定射流参数的最佳组合并分析射流抑制空化的机理。采用高速全流场摄像研究三种不同结构射流水翼在云状空化和过渡空化状态下的空化抑制效果,发现射流流量、射流位置、射流角度对空化抑制效果存在不同程度的影响,存在最佳的射流参数。基于实验结果,通过正交设计结合数值模拟的方法,选用密度修正的DCM湍流模型结合Zwart-Gerber-Belamri空化模型,开展云状空化下多个射流参数与空化抑制效果和水动力性能之间映射规律的研究,结果表明不同射流参数对空泡体积和水翼升阻比有不同程度的影响,两种指标对射流参数的敏感度不同,无法同时使两种指标均达到最佳值,但射流水翼升阻比相对于原始水翼下降幅度很小,因此将水动力学性能作为约束条件来研究射流参数的最佳组合。开展空化抑制机理的研究发现射流能起到改善水翼表面压力分布和阻挡回射流的作用,射流水翼表面速度边界层厚度和回射流强度减小,附着型空化未出现大范围的脱落现象;通过对空化流场涡量输运方程源项和漩涡结构的识别,发现射流流体所产生的速度梯度是射流孔位置涡量的主要来源,此处的流场结构不稳定,射流所形成的弦向漩涡结构和回射流与气液交界面所形成的展向漩涡结构相互剪切,提前将附着型空泡分割开,避免了附着型空化在射流孔后的重新附着,破碎空泡群在主流作用下向水翼尾部移动过程中很快溃灭,高压压力冲击产生于射流孔附近区域,用射流孔位置小范围的流场不稳定换取了水翼尾部大范围流场的稳定性。射流参数的最佳组合方式研究,对射流抑制空化在水力机械上的应用具有一定的指导作用。
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