水翼吸力面布置凹槽抑制空化研究

摘要

空化引起不同程度振动、冲击和噪声,加剧物体表面空蚀,使结构提早发生疲劳.为有效抑制和延缓空化发生和空泡脱落,该文提出了在水翼吸力面布置凹槽的方法,旨在通过水翼表面结构的改变来实现空化流动的调节.在数值模拟研究中,采用Realizable k-ε 湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,围绕8°攻角下NACA66(MOD)水翼,开展不同空化数、凹槽尺度和凹槽位置对二维水翼空化流场的动力学特性研究,并进一步分析了水翼表面特殊结构抑制空化的机理.结果表明:当片空化发生时,凹槽布置在距水翼前缘0.32弦长位置时,能降低空泡振荡频率,提高水翼水动力性能;当云空化发生时,适当的凹槽表面构型能够使水翼吸力面边界层变薄,边界层分离点滞后,水翼尾缘回流区减薄,吸力面低压区减小,证明了凹槽表面构型对空化抑制的适用性.然而,在水翼吸力面布置凹槽,虽然可以降低水翼表面边界层的厚度,增强抗逆压能力,但却触发了凹槽附近区域回射流的加速.因此,只有当抗逆压梯度能力大于回射流冲击时,才可以实现对空化流动的抑制.该研究成果扩大了空化流动的被动控制方法研究范围,为水力机械空化抑制技术提供了参考.