空化是流體機械中常見的一種現(xiàn)象,其不但會引發(fā)系統(tǒng)振動、噪聲并影響系統(tǒng)做功能力,還會導(dǎo)致空蝕破壞。流體機械中空化具有多種形式,其中云空化是一種非常不穩(wěn)定、極具破壞力的空化形式,云空化的生成與脫落具有明顯的周期性,它潰滅輻射出的沖擊能量是流體機械葉片空蝕破壞的關(guān)鍵原因。因此云空化的控制在流體機械的設(shè)計與實際運行中一直是備受關(guān)注的重點。本課題面向云空化的被動控制,將座頭鯨鰭肢前緣凸結(jié)結(jié)構(gòu)引入水翼設(shè)計,研究前緣仿生凸結(jié)對水翼云空化的控制原理。以標準水翼為原型建立了前緣帶有仿生凸結(jié)的系列水翼模型,基于非定常數(shù)值模擬方法,研究了典型的云空化工況下原型水翼與仿生水翼的云空化特性,重點分析了前緣凸結(jié)作用下水翼壓力脈動、升阻力與汽含率等參數(shù)的變化規(guī)律,明確了前緣凸結(jié)對水翼云空化的控制效果,再進一步研究了凸結(jié)波幅、波長等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對空化控制效果的影響。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:（1）目前前緣仿生凸結(jié)研究在空氣動力學(xué)領(lǐng)域得到了較多關(guān)注,并且多數(shù)以NACA63（4）-021翼型為原型,因而其參考數(shù)據(jù)最為豐富。所以本文以NACA 63（4）-021為原型,進行了仿生水翼的構(gòu)型設(shè)計和定常單相數(shù)值模擬。單相模擬結(jié)果... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

仿生水翼的幾何特征：(a)前緣凸結(jié)波形，(b)三維視圖，(c)截面特征

10圖2-1仿生水翼的幾何特征：(a)前緣凸結(jié)波形，(b)三維視圖，(c)截面特征將獲得的點導(dǎo)入到“NXUG10.0”后，使用“藝術(shù)樣條”命令，通過“三次樣條插值”使這些點形成不同展向位置上的翼型截面。再通過“掃掠”命令，以各條曲線為截面組合起來形成水翼，定位時應(yīng)選擇兩條引導(dǎo)線，即前緣處的正弦曲線和后緣處的直線。建模過程如圖2-2所示。圖2-2仿生水翼建模過程2.3數(shù)值計算方法計算流體力學(xué)CFD隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展而逐漸成熟，使得基于N-S方程的數(shù)值計算方法得以高效高精度地實現(xiàn)，成為了流體相關(guān)問題的主要研究方法之一。CFD通過計算機在時間和空間上定量描述流場的數(shù)值解并模擬真實流動的圖像，從而彌補理論和實驗的缺陷，極具經(jīng)濟性和生命力。目前CFD軟件較多，如ANSYSFluent、CFX、OpenFoam、STAR-CCM等，這些軟件各有優(yōu)缺點。其中ANSYSFluent提供了豐富精確的物理模型、可靠的數(shù)值計算方法和較快的數(shù)據(jù)處理能力等，因此本章數(shù)值模擬主要采用ANSYSFluent。2.3.1計算模型

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第2章仿生水翼構(gòu)型設(shè)計與性能驗證11水翼計算域及邊界條件設(shè)置如圖2-3所示，以原型水翼前緣點為坐標原點，并采取以坐標原點為圓心且半徑為12c（1224mm）的半圓形速度入口[52,59,60]，上下壁面也均采用速度入口，使得該網(wǎng)格適應(yīng)性更強，可通過改變速度分量來調(diào)節(jié)來流攻角。出口采用壓力出口，距離坐標原點20c（2040mm），使尾流得以充分發(fā)展。展向?qū)挾葹?c（306mm），兩壁面采用對稱邊界，保證水翼流動不受壁面和稍渦的影響。水翼壁面邊界為無滑移壁面。利用ICEM軟件對水翼計算域模型進行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格采用C型拓撲結(jié)構(gòu)，可以更好地匹配水翼和流域形狀，并且由于需要特別關(guān)注翼型表面和尾流區(qū)域流動形態(tài)的變化，因此在水翼前后緣處和近水翼壁面區(qū)域進行了網(wǎng)格加密。圖2-3(a)NACA63(4)-021水翼計算域及邊界條件，(b)水翼附近網(wǎng)格2.3.2參數(shù)設(shè)置自然界中幾乎所有的流動都是非定常（瞬態(tài)）的，往往是做了一些簡化后才將其近似為定常（穩(wěn)態(tài)），如忽略瞬態(tài)的脈動，或是通過整體的時均處理來消除瞬態(tài)的影響等。在CFD中使用定常計算的好處是它需要的計算資源更少，更容易進行后處理分析。但許多應(yīng)用必須要求使用非定常計算求解，如空氣動力學(xué)中的渦脫落、旋轉(zhuǎn)機械中的喘振、多相流中的氣泡動力學(xué)等。非定常問題通常是通過求解很多離散時間點上的定常結(jié)果來實現(xiàn)的。后續(xù)計算中發(fā)現(xiàn)，單相流場模擬和空化流場模擬的定常計算收斂性均較好，可得到穩(wěn)定的數(shù)值模擬結(jié)果，且與非定常計算收斂的結(jié)果十分相近。因此，為了初步探索凸結(jié)對水翼空化控制的效果，并與已有文獻中的空化數(shù)據(jù)（定常結(jié)果）進行比對，且有效利用有限的計算資源，本章數(shù)值模擬工作主要采用定常模擬。由Johari的實驗報告[58]可知，實驗所得的NACA63(4)-021升力曲?

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]有限展長水翼空泡流的數(shù)值模擬[D]. 王雅赟.上海交通大學(xué) 2013



本文編號：3299978