ВАЛИДАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КАВИТАЦИОННЫХ ТЕЧЕНИЙ

摘要

Объект И цель научной работы. В настоящей работе приводятся результаты валидации технологии численного моделирования обтекания моделей судовых движителей с учетом явления кавитации. Технология разработана в ФГУП «Крыловский государственный научный центр» и опробована как на международных тестовых объектах, так и при решении практических задач в области проектирования гребных винтов. Целью работы является демонстрация уровня готовности технологии численного моделирования кавитационных процессов. Материалы И методы. Характеристики течения вязкой жидкости вокруг моделей гребных винтов находятся из решения методом контрольного объема нестационарных уравнений Рейнольдса, замкнутых моделью турбулентности. Моделирование двухфазного течения водяной пар/вода осуществляется с использованием метода Volume of Fluid (VOF), а для учета эффектов конденсации и парообразования при переносе паровой каверны по пространству в уравнение для концентрации пара добавляется источниковый член согласно модели Рэлея-Плессета в варианте, предложенном Schnerr and Sauer. Основные результаты. Цикл работ по разработке и валидации технологии обтекания судовых движителей с учетом явления кавитации показал, что современное состояние численных методов и суперкомпьютерной техники позволяет с достаточной для инженерных задач точностью прогнозировать кавитационные характеристики объектов морской техники и в первую очередь гидродинамические характеристики судовых движителей, работающих в условиях возникновения кавитации. Требуемые для таких задач вычислительные ресурсы достаточно высоки и предполагают использование суперкомпьютерной техники. Заключение. Современный уровень развития вычислительной техники и технологий численного моделирования кавитации позволяет сократить объем экспериментальных исследований, а в тех случаях, когда экспериментальные исследования по-прежнему необходимы, существенно их дополнить. При более полном распространении данной технологии на натурные условия появляется возможность оценки масштабного эффекта для всех типов кавитации.%Object and purpose of research. This paper provides validation results on KSRC-developed numerical simulation technique for cavitating flow around marine propulsor models, obtained on both international test objects and practical cases of propeller design. The purpose of the paper is to demonstrate the readiness level of the numerical simulation technology for cavitation processes. Materials and methods. Viscous flow parameters around propeller models are obtained from unsteady Reynolds equations closed by the turbulence model and solved through the control volume method. Two-phase flow (vapour/water) is simulated using Volume of Fluid (VOF) method, and condensation and vaporization effects taking place when vapour-filled cavity moves in space are considered by means of the source member inserted into the equation as per Raleigh-Plesset model as suggested by Schnerr and Sauer. Main results. The cycle of activities on development and validation of numerical simulation technology for the cavitating flow around marine propulsors performed by KSRC High-Performance Computer Centre in the last five years has shown that current status of numerical methods and sumpercomputer hardware enables cavitation predictions for marine objects (above all, prediction of hydrodynamic parameters for marine propulsors operating in presence of cavitation) with the accuracy sufficient for engineering purposes. These tasks require lots of computer resources and imply application of supercomputers. Conclusion. Current level of computers and numerical simulation technologies for cavitation can reduce the scope of the tests, and in cases when these tests are still necessary, be a considerable supplement to them. Further development of this technology to full-scale conditions will enable assessment of scale effect for all types of cavitation.