梢渦空化是實(shí)船螺旋槳上最早發(fā)生的空化類型,會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的噪音、震動(dòng)以及剝蝕等后果,因此工程領(lǐng)域中對(duì)于其準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)有著迫切的需求。水質(zhì)對(duì)梢渦空化的初生有著很大的影響,但是由于當(dāng)前已有的幾種宏觀空化模型均不考慮水質(zhì)的影響,因此目前還缺乏合適的定量評(píng)估方法,亟需發(fā)展適用于梢渦空化的預(yù)報(bào)的理論和模型。本文基于Eulerian-Lagrangian方法的研究框架,以葉梢渦流場(chǎng)為背景,氣泡運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ),采用理論分析、數(shù)值模擬等方法,研究氣核在梢渦流場(chǎng)中的遷移、生長(zhǎng)過程,解釋具有一定氣核譜分布的水質(zhì)條件如何影響梢渦空化的初生。在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)水質(zhì)條件的影響進(jìn)行分析和模化,建立適用于梢渦空化的新理論和新模型。本文首先基于OpenFOAM平臺(tái),針對(duì)截面為NACA662-415的橢圓水翼采用DDES湍流模型進(jìn)行高精度的梢渦流場(chǎng)的數(shù)值模擬,并通過梢渦全濕流場(chǎng)中的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,驗(yàn)證了 DES湍流模型的模擬的準(zhǔn)確性。然后求解氣核在理想渦核內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方程的理論解用以說明平臺(tái)對(duì)氣核的模擬精度,求解氣核在理想渦中的運(yùn)動(dòng)方程的解析解以便快速得到氣核的捕捉時(shí)間。最后,一方面在上述得到的真實(shí)的梢渦流場(chǎng)中...

【文章頁數(shù)】：131 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１－２?（ａ）螺旋槳后方螺旋線狀梢滿空化（Ｎａｔｉｏｎａｌ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?Ｃｏｕｎｃｉｌ?ｏｆ?Ｃａｎａｄａ），?（ｂ）平直水翼流??

般認(rèn)為梢渦中的最低壓力降至臨界壓力（一般為飽和蒸氣壓）以下時(shí)空化出現(xiàn)，即為梢渦??空化。梢渦空化是空化中的重要類型，常見于螺旋槳及水力機(jī)械的翼梢后方，呈細(xì)長(zhǎng)的線??狀（螺旋線狀）空化形態(tài)，如圖１－２所示，??不同類型的空化，由于其發(fā)生機(jī)理及演化規(guī)律不同，尚沒有統(tǒng)一的理論或模型能夠....

圖１－３?ＮＡＣＡ４２１５水翼在不同水質(zhì)下空化初生的比較，自由來流速度為丨（ｌｍ／ｓ，有效攻角為７°Ｗ??壓強(qiáng)通常要小于飽和蒸汽壓

壓強(qiáng)通常要小于飽和蒸汽壓。實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行空化實(shí)驗(yàn)，往往需要進(jìn)行減壓和除氣工作，所??以水體中氣核含量較少、氣核尺寸較小，而在實(shí)際環(huán)境中，如海洋中，水體中含有大量的??氣核，所以實(shí)驗(yàn)和實(shí)際兩種環(huán)境下水質(zhì)條件具有顯著差別（圖１－４），如果不能準(zhǔn)確評(píng)估水質(zhì)??因素的影響，必將造成了實(shí)驗(yàn)測(cè)....

圖１－４實(shí)際環(huán)境（海洋）和實(shí)驗(yàn)室兩種環(huán)境下測(cè)量的水質(zhì)條件（氣核尺寸分布）％??方法求解，能夠追蹤氣核的遷移和生長(zhǎng)過程，遷移過程采用剛體運(yùn)動(dòng)模型，生長(zhǎng)過程采用??Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｐｌｅｓｓｅｔ方程描述，針對(duì)水質(zhì)的影響作了一系列的研究，對(duì)于各氣?

梢渦空化到達(dá)梢部Ｄ／ｃ?＝?Ｊｍｓ）??（ｂ）?ｃｊｊ?－?０．９３??圖１－３?ＮＡＣＡ４２１５水翼在不同水質(zhì)下空化初生的比較，自由來流速度為丨（ｌｍ／ｓ，有效攻角為７°Ｗ??壓強(qiáng)通常要小于飽和蒸汽壓。實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行空化實(shí)驗(yàn)，往往需要進(jìn)行減壓和除氣工作，所??以水體中氣核含量較少....

圖１－５?（ａ）螺旋槳梢渦計(jì)算網(wǎng)格局部加密Ｉ６＇?（ｂ）水翼梢渦計(jì)算網(wǎng)格局部加密Ｗ??方程中產(chǎn)生項(xiàng)的分析發(fā)現(xiàn)線性湍流模型中由于預(yù)測(cè)的湍流耗散率太大以至于模擬結(jié)杲不??對(duì)，而非線性湍流模型能很好地降低梢渦內(nèi)的粘性耗散

梢渦流場(chǎng)從渦核半徑到渦流長(zhǎng)度上跨越了幾個(gè)尺度量級(jí)，數(shù)值模擬中提高流場(chǎng)求解??精度的途徑將集中在兩個(gè)方面［３７，４５，５６】：（１）在梢渦渦流所在區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格的局部加密（如??圖１－５），精細(xì)刻畫渦流及渦核區(qū)，首先在粗網(wǎng)格上進(jìn)行初步模擬，然后對(duì)渦流區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格??加密，再次計(jì)算后再進(jìn)....

本文編號(hào)：4033608