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大尺寸回转体水下高速运动时,头部的压力会因绕流的作用而降低,流经头部的水因压力过低而蒸发汽化,使流场局部呈现水、汽两相流动,即流场中发生了空化现象。回转体周围流场中发生空化后,空化区周围的速度场及压力场会发生很大变化,而且伴有强烈的噪声、冲击和振动,对回转体力学环境、结构强度和运动参数有重要影响。由于回转体尺寸大,无法在实验室条件下进行空化特性研究,所以大尺寸回转体的空化特性研究被安排在实验环境可控性差的大水体里进行。由于结构功能限制,回转体空化实验只测到了壁面部分位置点处的压力值,而这些壁面压力测点少且间距大,测量数据不足以反映空化状态下回转体壁面压力分布规律。
针对上述问题,提出研究大尺寸回转体空化特性以获得回转体壁面压力分布。采用完全空化模型,研究其在大尺寸回转体空化特性研究上的可行性。研究水压、网格密度、离散格式、蒸汽质量的亚松弛因子和压力-速度耦合方法对大尺寸回转体壁面压力分布的影响。研究大尺寸回转体壁面压力分布与空化数之间的关系。研究标准k-ε模型、RNGk-ε模型、Realizablek-ε模型和标准k-ω模型等4种不同湍流模型对回转体壁面压力分布的影响。
研究结果表明,利用完全空化模型研究大尺寸回转体空化特性具有可行性;利用完全空化模型获得回转体壁面压力时必须考虑回转体尺寸在垂直方向上引起的水压影响;离散格式取二阶迎风格式时回转体壁面压力系数计算结果与实验数据吻合较好;蒸汽质量的亚松弛因子取0.001时回转体壁面压力系数计算结果与实验数据吻合较好;压力-速度耦合方法选用SIMPLEC方法时回转体壁面压力系数计算结果与实验数据吻合较好:湍流模型选用标准k-ε模型时回转体壁面压力系数计算结果与实验数据吻合较好;随着空化数减小,空穴长度变大,空穴尾部封闭端高压与回转体头部距离增加。