由前面的分析可知，绕水翼的空化流动在特定的条件下会发生强烈的周期性振荡，并由此在尾流场中产生大规模的空泡云脱落现象，在整个脱落过程中激发了多种尺度涡结构的形成和发展，直接对空化尾流速度场产生了很大的影响。空化尾涡的流场研究得到了国内外许多学者的重视，Arndt等采用二维DPIV技术对绕NACA 0015水翼的单相流场和空化流场进行了测量，研究了空化现象的产生对尾流速度场的影响。顾巍采用激光测速的方法记录了空化尾流场中的脉动速度，并利用子波变换对时域和频域双分析的特点发现和分析了其中的特征相干子结构，为频谱分析补充了大量的时域信息。

图5-40给出了空化尾涡的DPIV测量区域示意图，测量的矩形区域长为80 mm，宽为55 mm。在实验中，重点关注水翼尾缘附近8个剖面（剖面1～剖面8）上的流场数据，剖面间的间距均为0.057c。剖面位置距水翼尾缘的距离x/c分别为1.057、1.114、1.171、1.228、1.285、1.342、1.399、1.456。

图5-40　空化尾涡的测量区域示意图（观测区域：55 mm×80 mm）

图5-41给出了σ=2.00和σ=0.80时水翼尾缘处的速度分布：当σ=2.00时，水翼尾缘处（水翼尾缘坐标：（x-xTE）/c=0.0，y/c=0.39）将会形成一个速度小于主流区域的“窄带”尾迹，并与水平方向形成向上的偏转角度4.5°；当σ=0.80时，形成的空化尾迹更为明显。图5-42进一步给出了数值计算与实验测量得到的时均速度在上述剖面上的分布。由图可以看出，空化现象的产生对水翼尾部流场的速度分布产生了重要的影响；在云状空化阶段，在水翼尾部存在大尺度空泡团的旋涡脱落现象，并逐渐向下游运动形成空化尾迹，低速区域明显增大；时均尾迹角度有向水翼吸力面偏移的趋势，并与水平方向形成向下的偏转角度7.8°。

图5-41　水翼尾缘处沿主流方向上的时均速度在各个剖面上的分布（α=8°，Re=7×105）

（a）x/c=1.057；（b）x/c=1.114；（c）x/c=1.171；（d）x/c=1.228；
（e）x/c=1.285；（f）x/c=1.342；（g）x/c=1.399；（h）x/c=1.456

图5-42　水翼尾缘处的时均湍流脉动强度分布（α=8°，Re=7×105）（见彩插）

（a）无空化（σ=2.00）；（b）云状空化（σ=0.80）

图5-42给出了σ=2.00和σ=0.80时，水翼尾缘区域的时均湍流脉动强度分布云图。图5-43相应给出了时均湍流脉动强度在各个剖面上的定量分布。当σ=2.00时，湍流脉动局 限于邻近水翼尾缘区域，并且湍流强度较小；当σ=0.80时，空化云的周期性脱落现象增强了水翼尾缘处的湍流脉动强度及其影响范围，此时数值计算与实验结果之间存在一定的偏差。分析认为，预测结果对于实验结果的低估可能源于所构建的湍流模式在一定程度上抑制了流场中的湍流黏度，改善FBDCM中的滤波尺度及相关的模型过渡参数是今后值得深入研究的方面。

图5-43　水翼尾缘处的时均湍流脉动强度在各个剖面上的分布（α=8°，Re=7×105）

（a）x/c=1.057；（b）x/c=1.114；（c）x/c=1.171；（d）x/c=1.228；（e）x/c=1.285；（f）x/c=1.342；（g）x/c=1.399；（h）x/c=1.456

图5-44给出了σ=2.00和σ=0.80时，水翼尾部空化流场的时均涡量云图。图5-45相应给出了时均涡量在各个剖面上的分布。当σ=2.00时，在水翼尾缘附近，分别形成了正反向旋涡区，并向下游延伸成为涡带。伴随着空泡团的脱落，空化尾涡的产生与发展对于水翼尾缘的流场结构存在很重要的影响。当σ=0.80时，相较于无空化流场，上、下涡带随着空化区域的延伸而向后拉长，作用范围也逐渐扩大，涡量聚集区由最初的涡带转化为大涡量团的分散分布，并逐渐向下游耗散。如图5-46和图5-47所示，通过比较σ=2.00和σ=0.80时，水翼尾部流场的瞬时速度和涡量分布云图，大尺度的空泡团的脱落现象加速了水翼尾部流场的动量交换，使得湍流旋涡特征尺度更为显著。(www.daowen.com)

图5-44　水翼尾缘处的时均涡量分布（α=8°，Re=7×105）（见彩插）

（a）无空化（σ=2.00）；（b）云状空化（σ=0.80）

图5-45　水翼尾缘处的时均涡量在各个剖面上的分布（α=8°，Re=7×105）

（a）x/c=1.057；（b）x/c=1.114；（c）x/c=1.171；（d）x/c=1.228

图5-45　水翼尾缘处的时均涡量在各个剖面上的分布（α=8°，Re=7×105）（续）

（e）x/c=1.285；（f）x/c=1.342；（g）x/c=1.399；（h）x/c=1.456

图5-46　水翼尾缘处的瞬时速度云图分布（α=8°，Re=7×105）

（a）无空化（σ=2.00）；（b）云状空化（σ=0.80）

图5-47　水翼尾缘处的瞬时涡量云图分布（α=8°，Re=7×105）

（a）无空化（σ=2.00）；（b）云状空化（σ=0.80）