附着空化流动数值模拟方法的研究

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1、附着空化流动数值模拟方法的研究http://www.paper.edu.cn李军，刘立军，丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院西安710049中国摘要：发展了基于液相/气相界面跟踪方法和Reynolds-AveragedNaver-Stokes（RANS）方程耦合求解技术的附着空化流动数值模拟方法。数值模型是设定计算区域的液相/气相界面是自由边界且计算液相单相流场，通过提出的附着空化空泡形状修正格式来计算修正液相/气相界面直到界面处的压力等于当地气相压力。空化空泡的起始点、空泡长度通过迭代计算得到。数值模拟了水下圆锥形头部圆柱体在2种空化系数下附

2、着空化空泡形状和空化空泡表面压力系数分布，与试验数据吻合良好。验证了所发展的基于液相/气相界面跟踪方法和RANS方程求解技术的空化模型和算法具有良好的空化流动特性模拟性能。关键词：附着空化；液相/气相界面跟踪方法；数值模拟StudyontheNumericalSimulationMethodoftheAttachedCavitatingFlowsJunLI,LijunLIU,ZhenpingFENGSchoolofEnergy&PowerEngineering,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,Chi

3、naAbstract:Numericalsimulationmethodoftheattachedcavitation———————————————————————————————————————————————flowbasedontheliquid/vaporinterfacetrackingmethodandReynolds-AveragedNavier-Stokes(RANS)solutionisdeveloped.Thevapor/liquidinterfaceistreatedasafreesurfaceboundaryintheco

4、mputationdomain.Theattachedcavitationbubbleshapeisdeterminedusinganiterativeprocedurematchingthecavitysurfacetoaconstantpressureboundary.Thepressuredistribution,aswellasitsgradientonthewall,istakenintoaccountinupdatingthecavityshapeiteratively.Theinitialpointandcavitylengthof

5、theattachedcavitationbubbleisobtainedusingtheiterativecomputation.Thepresentedcavitationmodelandalgorithmhasbeenwellvalidatedbycomparisonofthecomputationsagainsttheexperimentaldataavailablefortheexternalflowsofacone/cylinderbodyundertwocavitationcoefficients.Theattachedcavita

6、tionbubbleshapeandcorrespondingpressuredistributionalongtheliquid/vaporinterfaceiscalculatedusingthepresentedmethod.Thefeasibilityandaccuracyofthepresentedcavitationmodelandalgorithmarealsoillustrated.KeyWords:AttachedCavitation;Liquid/VaporInterfaceTrackingMethod;NumericalSi

7、mulation1.前言两相空化流动现象的实验和数值研究是水动力学的一个非常重要的领域，也是一个具有挑战性的研究方向。空化流动的研究在水力机械的设计和运行中起着举足轻重的作用。在水力机械中附着空化的———————————————————————————————————————————————研究作为空化中最经常发生的空化流动现象而受到研究人员的关注。水力机械中的空化不仅能够造成水力机械内部流动模式的改变和水力性能的下降，而且可以导致水力机械的振动和噪音，甚至破坏机械设备[1]。随着计算机技术和计算流体动力学方法的发展，数值研究空化流动和空化的机理

8、，为提高水力机械性能提供理论基础和技术支撑，已成为重要的研究方向，并得到了迅速发展[1]。采用数值求解Reynolds-Averaged