数值模拟：挑战与技巧

随着计算机技术的进步和数值计算方法的发展，近年来越来越多的研究人员采用数值模拟的方法来研究空化现象，与实验研究结果相互补充和验证，取得了丰硕的成果。近年来，基于N-S方程框架的研究，已经成为空化流动数值计算的主流。作为一种多相湍流现象，在空化流动的数值计算中，湍流模型在很大程度上影响了对空化流动的准确预测。

理论教育 2023-06-18

云状空穴区域的流场结构特性分析

通过比较σ=2.00和σ=0.80在相同截面上的速度分布可以看到，当处于云状空化状态时，随着x/c的增大，速度湍流边界层的随之增厚，速度的标准差值有显著的增加，说明流场结构的非定常特性得以增强。云状空化流场存在较强的非定常特性，对其流场速度进行时均处理往往会忽略空化流场中的尺度结构信息，速度在最大正值与最小负值之间存在间歇性的振荡。

理论教育 2023-06-18

非定常空化流激振动特性的实验测量方法

激光多普勒测振系统是一种基于光学多普勒效应的激光动态干涉仪，它是非定常空化流激振动特性有效的实验研究方法。图3-6激光多普勒测振仪基本原理采用激光多普勒测振仪对结构的空化流激振动速度进行测量时，应该避免空泡对激光反射的干扰，以及减小壁面效应对结构振动的影响。根据采样定理，采样频率fs应大于被采集信号的2倍。在频谱图3-12中，可清晰准确读取采集信号的频率特征，为准确获得激振源动态特性和振动规律提供可靠依据。

理论教育 2023-06-18

空化水的动力学特性探究

水动力特性与空化发生、发展状态密切相关，附着在结构表面的空穴，改变压力分布规律，对结构的水动力特性将有较大的影响。随着空化数的减小，峰值强度进一步增加，绕水翼空化的非定常动力特性更加显著。图3-19升力系数的频谱图为了进一步阐明空化形态与水动力特性的关系，图3-20分别给出了无量纲空穴长度、斯特劳哈数Stc与σ/2α的关系。

理论教育 2023-06-18

基于N-S方程的空化流动计算概述

研究者将研究重点逐步转移到数值模型中来，基于对空化流动现象，主要发展出以下两种数值计算方法。边界元计算方法通常应用于定常附着型空化和超空化的流动计算，可以较好地预测空化流动的整体行为。第二种方法，基于N-S方程的空化流动计算方法得到了普遍的重视。在基于N-S方程的计算框架内，研究者普遍采用双流体模型和均质平衡流模型。

理论教育 2023-06-18

攻角对云状空化非定常发展过程的影响

由于云状空化流场的非定常特性最为显著，前文中对α=8°时，云状空穴的生长、脉动、断裂和空泡的脱落过程与机理进行了研究。攻角对云状空化形态和动力特性有着重要的影响，利用图像灰度处理对空化形态图像进行处理，图5-25分别给出了α=0°和α=5°时，云状空化形态随时间的变化，图中白色区域表示空化区。图5-30直观地描述了不同攻角下，在云状空化阶段，反向射流的发展、空穴断裂及空泡脱落示意图。

理论教育 2023-06-18

高速航行体水下发射空化水动力问题研究

高速航行体水下发射空化水动力学研究，是具有重大工程应用背景的重要问题。航行体在水下垂直发射过程中，航行体从运动的发射平台被弹射出筒，经历水中航行、穿越自由液面后进入空中飞行。空化多相流是航行体水下发射高速运动过程中主要的流体动力现象。

理论教育 2023-06-18

研究不同头型航行体空化流动问题

为了研究初生空化的流场特性，本节采用数值模拟与实验研究相结合的方法对绕不同头型回转体的初生空化流场结构进行了分析。图6-37不同头型回转体表面的压力系数分布为了更为详细地了解头型对回转体空化现象的影响，图6-38给出了不同头型回转体，其肩部分离点位置的差异。与锥头回转体相比，平头回转体的云状空化程度更加剧烈。

理论教育 2023-06-18

结构振动湿模态分析优化方案

在实验过程中，对静止状态下的结构进行人为激振，通过测量激励力与振动响应确定存在于激振点和测点之间的传递函数，建立传递函数矩阵，通过模态分析理论识别结构的模态参数，最终建立结构物的模态模型。图6-15数值预测的水翼前三阶湿模态振型及振动频率这些成果为分析水力机械的流激振动，特别是在某些工况下的特殊振动奠定了基础。

理论教育 2023-06-18

如何减小空化数？——以泵为例

一般而言，减小空化数可以采用两种方法：保持p∞不变，增大U∞；保持U∞不变，减小p∞。初生空化数是衡量流动系统中是否发生空化时的判别标准，用于描述空化初生的条件。对于泵，空化数为式中，pinlet为叶轮进口处的压力；Up为叶轮进口速度。在实际工程应用中，泵、螺旋桨等水力机械的空化初生判定准则也有多种，目前尚未统一。图1-4水轮机初生空化观测图像

理论教育 2023-06-18

混合密度分域湍流模型的构建及应用

基于上述认识，针对FBM和DCM在空化流动模拟应用中的特点，对空化流场基于混合密度的分布进行分域。基于前面的研究分析，在混合湍流模型FBDCM中，其滤波尺度选为1.05Δgrid，maxo，Δgrid，maxo为水翼周围O形格的最大尺度，混相指数n取值为10。

理论教育 2023-06-18

空化应用的优化与实践

图1-13水下航行体垂直发射运动过程1.3.3.2机械工程领域1.发动机雾化问题高压喷油器广泛应用于现代柴油机和汽油直喷式发动机，并且在设计上有燃油喷嘴的尺寸小、喷射压力极高等特点。图1-16空化喷射硬化装置示意图1.3.3.3生物化学领域1.水处理问题近年来，超声空化在水处理中的应用越来越广泛。

理论教育 2023-06-18

研究现状与挑战分析

同时，Cervone等还研究了诱导轮中不同温度情况下的非定常空化，结果发现随着温度的升高，诱导轮中压强非定常脉动的程度降低，而且基于非定常压强脉动得到的频谱峰值降低。

理论教育 2023-06-18

自然空化和通气空化的比较与优化

近年来，对于“超空泡（化）”现象的关注，引领了通气空化的研究热点。所谓“超空泡”，就是使水与物体的接触面附近产生一个大型的气泡（汽化区），将原本与水接触的部分进行覆盖，进而使水下物体接触的介质由水完全变为气体，这样就可以大幅减少阻力，使物体的水下速度得以大幅提高。Kirschner等人的研究表明，自然超空泡与通气超空泡具有相同的几何特征和力学特性。

理论教育 2023-06-18

非定常云状空化演变的压力脉冲特性分析

对于典型云状空化阶段，非定常空化演变诱导显著的周期性压力脉冲现象。图3-25准周期云状空穴演变诱导的压力波动非定常空穴形态随时间的演变图3-25准周期云状空穴演变诱导的压力波动（续）非定常云状空化演变诱导的压力脉冲在T1+0时刻以后，在喉口下游逐渐形成附着型空穴，随着附着型空穴向下游不断生长，其逐渐覆盖1号和2号传感器。图3-26给出了云状空化非定常空穴形态与压力波动之间的关系。

理论教育 2023-06-18

附着型片状空化形态的特征分析

进一步减小空化数，空化将从游离型的初生空化向附着型的片状空化转变。随着空化数的减小，水流中将出现更多的空化发夹型旋涡结构。在t=2.67 ms时刻，呈游离状的单一的空化涡逐渐转变为附着型片状空穴，呈手指状结构。虽然片状空穴是一种附着型空穴，但是其尾部仍表现出了非定常特性。图2-9片状附着型空穴的前、后缘位置随时间的变化情况图2-10片状空化发展与演化过程

理论教育 2023-06-18