当空化数为σ=1.12时,附着在翼型上的空穴有进一步增长的趋势。图5-3描述了与实验结果对应时刻的空穴形态随时间的非定常演变过程,这种方法形象地描述了空穴的发展及空泡的脱落过程。图中纵坐标表示沿弦长方向的无量纲长度,横坐标为时间,云图为水蒸汽含量,蓝色区域对应的含汽量较大。
图5-3 片/云状过渡阶段空穴形态(σ=1.12)(见彩插)
(a)t=t0+28.8Tref;(b)t=t0+30.0Tref;(c)t=t0+30.4Tref;(d)t=t0+30.8Tref;(e)t=to+32.2Tref;
(f)t=to+32.6Tref;(g)t=to+33.0Tref;(h)t=to+33.4Tref
由图5-4可以看出,在此工况下,空穴的增长、空泡的脱落过程并不呈现规整的周期性。正如实验观测,空泡以不同的形式脱落,分为主脱落及二次脱落两个阶段。图5-4相应给出了对应时刻的压力云图。在主脱落阶段(t=t0+28.8Tref~t0+30.8Tref),当低压区域逐渐扩大至几乎覆盖整个吸力面后,空穴尾部出现明显的高压区域,形成了如图5-5所示(纵坐标表示沿弦长方向的无量纲长度,横坐标为时间,翼型表面速度的大小及方向由图5-5中所附带的标尺颜色可以看出)的反向流动,并且高压区域的影响范围也逐渐过大,最终导致了附着型空穴的回缩和空泡团的脱落。在空泡的二次脱落阶段(t=t0+32.2Tref~t0+33.4 Tref),空穴经历了下一个发展过程,此时所形成的空穴长度较短,并相对比较稳定。流场在该阶段的发展过程中,如图5-6所示,无明显的反向流动现象产生。结合对应时刻的压力云图(图5-4)可以得知,在空泡脱落时刻,距翼型头部0.4c~0.6c处,压力出现了小幅度的增大现象,从而导致了空穴的中段断裂。值得注意的是,在二次脱落阶段空穴内部形成的相对高压值远不及空泡的主脱落阶段空穴尾部的高压值大。
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图5-4 翼型周围的压力分布云图随时间的变化(σ=1.12)
图5-5 空穴结构随时间的演变过程(σ=1.12)
图5-6 翼型表面的速度分布
由上面的分析可知,当空化数为σ=1.12时,空化流场处于片状空化流动到云状空化流动的过渡阶段,空穴的断裂与脱落存在两种不同的机制:一种是由于附着型空穴的自身不稳定性,由空穴内部的小幅度压力脉动导致的,此时空穴从中段开始断裂,直至脱落,所形成的脱落空泡尺度较小;另外一种类似于云状空化阶段空泡的脱落机理,这在后续内容中将详细介绍。
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