一种等负荷状态下梢隙涡空化初生预报方法技术

本发明专利技术公开了一种等负荷状态下梢隙涡空化初生预报方法，涉及水动力技术领域，该方法将间隙影响下梢隙涡的环量与间隙无穷大时自由梢涡的环量之间关联起来，从而建立了梢隙大小对涡环量的影响修正规律；在此基础上通过涡模型将其转换为涡心压力系数，再结合涡心最低压力系数与初生空化数之间的关系，可以建立梢隙大小对初生空化数的影响修正规律，由此可以对自由梢涡的空化初生预报模型修正得到等负荷条件下的梢隙涡的空化初生预报模型，可以使用于各类等负荷条件下的间隙涡空化尺度效应换算，既可用于水翼等固定模型梢隙涡空化初生的换算，也适用于导管桨、泵等各类旋转状态梢隙涡空化初生的预报，弥补了行业空缺。

【技术实现步骤摘要】
一种等负荷状态下梢隙涡空化初生预报方法
本专利技术涉及水动力
，尤其是一种等负荷状态下梢隙涡空化初生预报方法。
技术介绍
梢涡空化是旋转水力机械(泵、水轮机等)和带导管的推进器(导管桨、泵喷等)中最为常见的空化类型之一，其存在通常会引起振动、噪声和空蚀等问题，因此一直是工程和研究领域的重点。对于自由状态下的梢涡空化，目前国际上普遍采用McCormick所提出的一套预报公式，当前等负荷条件下自由梢涡空化初生预报模型为其中σi∞1表示尺度1状态下自由梢涡的初生空化数，σi∞2表示尺度2状态下自由梢涡的初生空化数，Re1表示尺度1状态下的雷诺数，Re2表示尺度2状态下的雷诺数，k表示修正指数。但对于梢隙涡空化这类受间隙大小影响的涡空化初生，由于间隙的存在，其流动更为复杂，显然上述预报公式并不能直接应用于梢隙涡的涡空化初生预报中来，且目前也尚未有完备的理论预报体系，工程上也缺乏必要的技术手段。
技术实现思路
本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种等负荷状态下梢隙涡空化初生预报方法，包括如下步骤：对梢隙涡的涡环量进行无量纲化得到梢隙涡的无量纲涡环量、对梢隙涡的实际间隙进行无量纲化得到梢隙涡的无量纲梢部间隙、对自由梢涡的涡环量进行无量纲化得到自由梢涡的无量纲涡环量；确定梢隙涡的无量纲涡环量、梢隙涡的无量纲梢部间隙和自由梢涡的无量纲涡环量之间的第一对应关系；根据涡心最低压力系数与梢隙涡的无量纲涡环量之间的关系确定梢隙涡的初生空化数与梢隙涡的涡环量之间的第二对应关系；根据第一对应关系、第二对应关系以及自由梢涡的初生空化数与自由梢涡的涡环量之间的第三对应关系确定梢隙涡的初生空化数与自由梢涡的初生空化数之间基于梢隙涡的无量纲梢部间隙之间的第四对应关系；根据第四对应关系与基于自由梢涡的初生空化数构建的自由梢涡空化初生预报模型中得到梢隙涡空化初生预报模型，利用梢隙涡空化初生预报模型对梢隙涡空化进行初生预报。其进一步的技术方案为，梢隙涡的初生空化数与自由梢涡的初生空化数之间基于梢隙涡的无量纲梢部间隙之间的第四对应关系为：其中，σi表示梢隙涡的初生空化数，σi∞表示自由梢涡的初生空化数，τ表示梢隙涡的无量纲梢部间隙，β表示涡模型常系数，f()为预设函数。其进一步的技术方案为，自由梢涡空化初生预报模型的形式为其中，σi∞1表示尺度1状态下自由梢涡的初生空化数，σi∞2表示尺度2状态下自由梢涡的初生空化数，Re1表示尺度1状态下的雷诺数，Re2表示尺度2状态下的雷诺数，k表示修正指数；则得到的梢隙涡空化初生预报模型的形式为：其中，σi1表示尺度1状态下梢隙涡的初生空化数，σi2表示尺度2状态下梢隙涡的初生空化数，τ1表示尺度1状态下梢隙涡的无量纲梢部间隙，τ2表示尺度2状态下梢隙涡的无量纲梢部间隙。其进一步的技术方案为，确定梢隙涡的无量纲涡环量、梢隙涡的无量纲梢部间隙和自由梢涡的无量纲涡环量之间的第一对应关系，包括：根据梢隙涡的无量纲涡环量与自由梢涡的无量纲涡环量得到梢隙涡的二次无量纲涡环量为其中Γ*表示梢隙涡的无量纲涡环量，表示自由梢涡的无量纲涡环量；根据梢隙涡的无量纲梢部间隙与自由梢涡的无量纲涡环量得到梢隙涡的二次无量纲梢部间隙为其中τ表示梢隙涡的无量纲梢部间隙；拟合得到梢隙涡的二次无量纲涡环量与梢隙涡的二次无量纲梢部间隙之间的函数关系为确定第一对应关系为其进一步的技术方案为，梢隙涡的无量纲涡环量为其中，Γ为梢隙涡的涡环量，U为梢隙涡的来流速度，a为梢隙涡的涡核半径；自由梢涡的无量纲涡环量为其中，Γ∞为自由梢涡的涡环量，U∞为自由梢涡的来流速度，a∞为自由梢涡的涡核半径；梢隙涡的无量纲梢部间隙为其中，δ为梢隙涡的实际间隙大小，tmax为产生梢隙涡的模型的梢部最大厚度。其进一步的技术方案为，根据涡心最低压力系数与梢隙涡的无量纲涡环量之间的关系确定梢隙涡的初生空化数与梢隙涡的涡环量之间的第二对应关系，包括：确定涡心最低压力系数为其中，p表示压力值，pmin表示涡心处最低压力，p∞表示远离涡心的远场压力，ρ表示密度，U表示梢隙涡的来流速度，p|r＝0表示梢隙涡半径r＝0处的压力值，梢隙涡半径r＝0处为涡心处；利用连续性方程在径向上的积分得到涡心最低压力系数与梢隙涡的涡环量之间的对应关系为其中，vθ表示涡的切向速度，Γ为梢隙涡的涡环量，a为梢隙涡的涡核半径；将涡心最低压力系数下的空化数作为初生空化数，则得到第二对应关系为本专利技术的有益技术效果是：本申请公开了一种等负荷状态下梢隙涡空化初生预报方法，该方法通过梢隙涡的无量纲涡环量与间隙大小之间的关系，将间隙影响下梢隙涡的环量与间隙无穷大时自由梢涡的环量之间关联起来，从而建立了梢隙大小对涡环量的影响修正规律。在此基础上通过涡模型将其转换为涡心压力系数，再结合涡心最低压力系数与初生空化数之间的关系，可以建立梢隙大小对初生空化数的影响修正规律，由此可以对自由梢涡的空化初生预报模型修正得到等负荷条件下的梢隙涡的空化初生预报模型，可以使用于各类等负荷条件下的间隙涡空化尺度效应换算，既可用于水翼等固定模型梢隙涡空化初生的换算，也适用于导管桨、泵等各类旋转状态梢隙涡空化初生的预报，弥补了行业空缺。附图说明图1是本申请的梢隙涡空化初生预报方法的逻辑流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步说明。本申请公开了一种等负荷状态下本申请公开了一种等负荷状态下梢隙涡空化初生预报方法该方法包括如下步骤，请结合图1所示的流程图：步骤S1，确定间隙影响下的梢隙涡的涡环量与间隙无穷大时自由梢涡的涡环量之间的关系。首先，对梢隙涡的涡环量Γ、梢隙涡的实际间隙δ以及自由梢涡的涡环量Γ∞进行无量纲化：(1)对梢隙涡的涡环量Γ进行无量纲化得到梢隙涡的无量纲涡环量Γ*，本申请采用梢隙涡的来流速度U和梢隙涡的涡核半径a对Γ进行无量纲化得到(2)对梢隙涡的实际间隙δ进行无量纲化得到梢隙涡的无量纲梢部间隙τ，本申请采用模型的梢部最大厚度tmax对δ进行无量纲化得到(3)对自由梢涡的涡环量Γ∞进行无量纲化得到自由梢涡的无量纲涡环量本申请采用自由梢涡的来流速度U∞和自由梢涡的涡核半径a∞对Γ∞进行无量纲化得到然后，继续对梢隙涡的无量纲涡环量和无量纲梢部间隙继续进行二次无量纲化：(1)根据梢隙涡的无量纲涡环量Γ*与自由梢涡的无量纲涡环量得到梢隙涡的二次无量纲涡环量为(2)根据梢隙涡的无量纲梢部间隙τ与自由梢涡的无量纲涡环量得到梢隙涡的二次无量纲梢部间隙为拟合得到梢隙涡的二次无量纲涡环量与梢隙涡的二次无量纲梢部间隙之间的函数关系为其中f()为拟合得到的预设函数，该预设函数可以通过试验拟合得到。由此可以确定梢隙涡的无量纲涡环量Γ*、梢隙涡的无量纲梢部间隙τ和自由梢涡的无量纲涡环量之间的第一对应关系为：该第一对应关系将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等负荷状态下梢隙涡空化初生预报方法，其特征在于，所述方法包括：/n对梢隙涡的涡环量进行无量纲化得到梢隙涡的无量纲涡环量、对梢隙涡的实际间隙进行无量纲化得到梢隙涡的无量纲梢部间隙、对自由梢涡的涡环量进行无量纲化得到自由梢涡的无量纲涡环量；/n确定所述梢隙涡的无量纲涡环量、所述梢隙涡的无量纲梢部间隙和所述自由梢涡的无量纲涡环量之间的第一对应关系；/n根据涡心最低压力系数与所述梢隙涡的无量纲涡环量之间的关系确定梢隙涡的初生空化数与所述梢隙涡的涡环量之间的第二对应关系；/n根据所述第一对应关系、第二对应关系以及自由梢涡的初生空化数与所述自由梢涡的涡环量之间的第三对应关系确定所述梢隙涡的初生空化数与所述自由梢涡的初生空化数之间基于所述梢隙涡的无量纲梢部间隙之间的第四对应关系；/n根据所述第四对应关系与基于自由梢涡的初生空化数构建的自由梢涡空化初生预报模型中得到梢隙涡空化初生预报模型，利用所述梢隙涡空化初生预报模型对梢隙涡空化进行初生预报。/n

【技术特征摘要】
1.一种等负荷状态下梢隙涡空化初生预报方法，其特征在于，所述方法包括：
对梢隙涡的涡环量进行无量纲化得到梢隙涡的无量纲涡环量、对梢隙涡的实际间隙进行无量纲化得到梢隙涡的无量纲梢部间隙、对自由梢涡的涡环量进行无量纲化得到自由梢涡的无量纲涡环量；
确定所述梢隙涡的无量纲涡环量、所述梢隙涡的无量纲梢部间隙和所述自由梢涡的无量纲涡环量之间的第一对应关系；
根据涡心最低压力系数与所述梢隙涡的无量纲涡环量之间的关系确定梢隙涡的初生空化数与所述梢隙涡的涡环量之间的第二对应关系；
根据所述第一对应关系、第二对应关系以及自由梢涡的初生空化数与所述自由梢涡的涡环量之间的第三对应关系确定所述梢隙涡的初生空化数与所述自由梢涡的初生空化数之间基于所述梢隙涡的无量纲梢部间隙之间的第四对应关系；
根据所述第四对应关系与基于自由梢涡的初生空化数构建的自由梢涡空化初生预报模型中得到梢隙涡空化初生预报模型，利用所述梢隙涡空化初生预报模型对梢隙涡空化进行初生预报。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述梢隙涡的初生空化数与所述自由梢涡的初生空化数之间基于所述梢隙涡的无量纲梢部间隙之间的第四对应关系为：



其中，σi表示所述梢隙涡的初生空化数，σi∞表示所述自由梢涡的初生空化数，τ表示所述梢隙涡的无量纲梢部间隙，β表示涡模型常系数，f()为预设函数。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述自由梢涡空化初生预报模型的形式为其中，σi∞1表示尺度1状态下自由梢涡的初生空化数，σi∞2表示尺度2状态下自由梢涡的初生空化数，Re1表示尺度1状态下的雷诺数，Re2表示尺度2状态下的雷诺数，k表示修正指数；
则得到的所述梢隙涡空化初生预报模型的形式为：



其中，σi1表示尺度1状态下梢隙涡的初生空化数，σi2表示尺度2状态下梢隙涡的初生空化数，τ1表示尺度1状态下梢隙涡的无...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹彦涛，周斌，刘玉文，翟树成，彭晓星，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：江苏;32