通過(guò)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片形空化器,可形成可控的超空泡。對(duì)于旋轉(zhuǎn)超空泡的研究,非常重要而又十分復(fù)雜。本文采用數(shù)值仿真計(jì)算的方法,建立三維幾何模型,采用Ansys Fluent軟件進(jìn)行模擬求解,對(duì)四葉片旋轉(zhuǎn)空化器的工作特性進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明,旋轉(zhuǎn)空化器形成的超空泡具有很強(qiáng)的規(guī)律性。在超空泡尾部具有明顯的潰滅而形成向超空泡內(nèi)部的射流,射流的產(chǎn)生使得超空泡尾部都具有內(nèi)凹結(jié)構(gòu)。在低轉(zhuǎn)速下,旋轉(zhuǎn)葉片尖端后部的回流使得超空泡無(wú)法覆蓋葉片尖端,而隨轉(zhuǎn)速的增大超空泡逐漸覆蓋葉片的尖端后部。旋轉(zhuǎn)空化器轉(zhuǎn)速的提升對(duì)超空泡的形成具有很明顯的作用,形成的超空泡體積隨轉(zhuǎn)速呈指數(shù)增長(zhǎng)。本文所得到的超空泡演變規(guī)律對(duì)旋轉(zhuǎn)空化器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用都具有重要的參考意義。 

【文章來(lái)源】：節(jié)能技術(shù). 2020,38(04)

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【部分圖文】：

四葉片空化器幾何模型

采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)所設(shè)計(jì)的四葉片空化器進(jìn)行網(wǎng)格劃分,如圖2所示。由于只計(jì)算空化器旋轉(zhuǎn)形成超空泡的流場(chǎng)信息,所以只需要對(duì)流體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,并對(duì)各網(wǎng)格面進(jìn)行單獨(dú)定義,以用于邊界條件的設(shè)定。網(wǎng)格均為六面體網(wǎng)格,同時(shí)在葉片表面采用邊界層網(wǎng)格進(jìn)行加密,以達(dá)到對(duì)計(jì)算y+的要求,總網(wǎng)格數(shù)為800萬(wàn)。網(wǎng)格大小與文獻(xiàn)中網(wǎng)格尺寸基本一致[6-7],數(shù)值模擬方法與工具也與文獻(xiàn)中所用一致,文獻(xiàn)中已經(jīng)進(jìn)行了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證,網(wǎng)格尺寸已經(jīng)滿(mǎn)足計(jì)算精度要求。2 數(shù)值計(jì)算模型

如圖4列出了六個(gè)轉(zhuǎn)速下單個(gè)葉片后形成的超空泡形態(tài)。從圖中可以非常直觀(guān)的看出超空泡形態(tài)隨轉(zhuǎn)速的演變過(guò)程。首先,在空化剛剛產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速下,在錐形葉片的兩個(gè)棱角處形成兩個(gè)局部空化區(qū)域,兩個(gè)空化區(qū)域是相互獨(dú)立的。而且,空化產(chǎn)生的位置并未在葉片半徑最大、線(xiàn)速度最大的端部,而是在離端部有一定距離的位置。在隨著轉(zhuǎn)速的增大,兩個(gè)棱角處形成的空化區(qū)域逐漸增大,最終連接到了一起,并隨著轉(zhuǎn)速的增加體積不斷增大。在超空泡隨著轉(zhuǎn)速增大的過(guò)程中,有兩個(gè)特征非常明顯。一個(gè)是在空泡后部都會(huì)形成明顯的內(nèi)凹形結(jié)構(gòu);另一個(gè)是在轉(zhuǎn)速增大到較大值時(shí),空泡才會(huì)達(dá)到葉片頂端。空泡后的凹形結(jié)構(gòu)是空泡潰滅過(guò)程產(chǎn)生的。在水洞超空泡實(shí)驗(yàn)的研究中也表明,超空泡在潰滅過(guò)程中,都會(huì)向空泡內(nèi)形成射流。特別是在轉(zhuǎn)速較低的情況下,旋轉(zhuǎn)葉片后形成的超空泡尺寸有限。而且由于旋轉(zhuǎn)葉片后邊沿寬度較大,使得超空泡的寬度較大,同時(shí)超空泡的長(zhǎng)度卻比較短。此時(shí)葉片旋轉(zhuǎn)形成的低壓區(qū)大小有限,在低壓區(qū)邊緣,形成的空化非常不穩(wěn)定。這種情況下,超空泡的尾部處于非常不穩(wěn)定的狀態(tài),汽化生成的水蒸氣很容易重新液化成水,從而形成了向空泡內(nèi)的射流。這種潰滅形成的射流隨著轉(zhuǎn)速的增大,超空泡尺寸增加,長(zhǎng)度不斷增大后,而逐漸弱化和消失。這是由于轉(zhuǎn)速增大,葉片后形成的低壓區(qū)逐漸增大并達(dá)到穩(wěn)定,而且隨著超空泡長(zhǎng)度增加,尾部寬度減小,使得潰滅更不容易產(chǎn)生向內(nèi)的射流。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3030010