基于不可压缩与可压缩方法的水翼瞬态片状/云状空化流动数值模拟研究

本文通过不可压缩与可压缩两种数值方法，对比研究了水翼周围瞬态片状/云状空化流动。研究发现，两种方法均能有效模拟空化形态演变，但可压缩方法预测的云状空化脱落频率比不可压缩方法低约31.40%。研究揭示了惯性驱动的凝结激波（condensation shock）对局部流场的主导作用，指出反向流（backward flow）是片状空泡失稳的结果而非原因，并强调了云状空泡溃灭产生的压力脉冲对水力性能的显著影响。

　　

Section snippets

Numerical method

采用有限体积法（finite volume method）对非定常空化现象进行数值研究。在控制体内，牛顿流体（如水和蒸汽）的连续性方程和动量方程可表示为：

?ρ/?t + ?·(ρV?) = 0

?(ρV?)/?t + V?·?(ρV?) = -?p + ?·τ? + F?_b'

本工作中，空化被假设为水和蒸汽的均质混合物……

Results and discussion

通过积分整个流场中的蒸汽体积分数（α_v），可以确定产生的气泡总体积（V_i 和 V_c，下标 i 和 c 分别代表不可压缩和可压缩方法）。这是理解云状空化流动特征的关键指标。图3展示了两种方法预测的气泡总体积的时域（上图）和频域（下图）结果。气泡总体积的周期性变化表明……

Conclusions

本研究采用不可压缩和可压缩数值方法模拟了NACA 0009水翼周围的瞬态片状/云状空化流动。研究在非定常雷诺平均纳维-斯托克斯（URANS）框架下进行，并采用了密度修正的SST湍流模型（density-corrected SST turbulence model）以及Zwart-Gerber-Belamri质量传输模型（Zwart-Gerber-Belamri mass transfer model）。总结如下：

• 两种方法均能再现新片状空泡的发展……