基于非线性空化模型的三维水翼空蚀损伤数值预报方法技术

本发明专利技术公开了基于非线性空化模型的三维水翼空蚀损伤数值预报方法，包括：构建三维水翼绕流流场计算域；对计算域划分网格，同时定义计算域进出口、固体壁面及对称面边界位置；将计算域网格导入计算流体力学仿真软件，检查网格质量并进行尺度缩放；设置水翼空化计算的边界条件、求解算法，并导入空蚀模型；通过空化空蚀预测，得到水翼表面空化周期性演变规律，以及空蚀损伤分布特性；将空化空蚀的计算结果与公开的试验结果进行对比，对水翼空蚀模型进行校正。本发明专利技术实现了在云空化条件下对三维水翼材料表面破坏的可靠、高效预测，为揭示非定常水力空化诱导空蚀机理提供理论支撑，同时丰富了以翼型为基本叶片单元的水力机械空化空蚀问题的预测手段。蚀问题的预测手段。蚀问题的预测手段。

【技术实现步骤摘要】
基于非线性空化模型的三维水翼空蚀损伤数值预报方法


[0001]本专利技术属于叶片式水力机械空蚀探测领域，具体涉及基于非线性空化模型的三维水翼空蚀损伤数值预报方法。

技术介绍

[0002]空化是一种涉及相变、湍流与可压缩性的复杂多相流动，通常表现为空泡的发生、增长及溃灭过程。空化是以液体为工作介质的叶片泵、水轮机、可逆式水轮机以及螺旋桨等水力机械特有的流体力学问题之一。到目前为止，学者们一致认为发生在水力机械内的空化过程都是有害的，首先空化会导致流道阻塞使得水力机械水力性能大幅降低；其次空化会影响流动的非定常特性或者动态响应特性，使得流体内部出现不稳定特征，如旋转空化和空化喘振等；最后空化会导致过流部件表面材料表面的破坏，形成空蚀损伤，并伴随有空化振动与空化噪声等问题。空化诱导的空蚀损伤，是水力机械领域空化负面效应危害最大且亟需解决的世纪难题，应用性能优异的抗空蚀材料是解决该问题的直接有效的方式之一。此外，通过数值计算的方式可预测空蚀可能出现的区域及程度，发展相应的空蚀预测方法不仅可在水力机械设计阶段提供优化策略，还可精确地预测其运行寿命，明确检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于非线性空化模型的三维水翼空蚀损伤数值预报方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤1：构建三维水翼绕流流场计算域；步骤2：对步骤1的计算域进行网格划分，并定义计算域进出口、固体壁面及对称面边界；步骤3：将步骤2得到的计算域网格导入计算流体力学仿真软件；步骤4：设置水翼空化计算的边界条件、求解算法，并导入空蚀的数值模型；步骤4.1：求解器设为非定常模式，设置湍流模型为大涡模拟方法模型；步骤4.2：构建基于云空泡蕴含能量度量的空蚀损伤指标，建立空化模型，并进行编译；步骤4.3：设置工质为液态水与空泡，设定液态水和空泡的主要属性，设置计算域入口为速度进口边界，计算域出口为压力出口边界，中间截面为对称面，其余为固体壁面边界；步骤4.4：设置压力速度耦合方式，梯度、压力、动量及体积分数的插值选择高阶格式；步骤5：通过空化流场计算，得到水翼表面空化分布特征以及空蚀损伤分布特性。2.根据权利要求1所述的三维水翼空蚀损伤数值预报方法，其特征在于，所述方法还包括步骤6：将步骤5的空化空蚀的计算结果与公开的试验结果进行对比，根据对比结果对水翼空蚀的数值模型进行校正。3.根据权利要求1所述的三维水翼空蚀损伤数值预报方法，其特征在于，步骤4.2中，空化模型的数学表达式如下：式中，R
e
、R
c
分别表示蒸发率、凝结率，n0为空化核密度，ρ
l
、ρ
v
、ρ
g
、ρ
m
分别表示液相、空泡相、不可凝结气体及混合流体的密度，α
l
、α
v
、α
g
分别表示液相、空泡相、不可凝结气体的体积分数，r
b
表示空泡半径，r0表示空泡初始半径，p
v
表示汽化压力，p为流场静压，F
r
为旋转函数，p
sat
为液相饱和蒸气压，k为湍动能，f
g
为不可凝结气体质量分数，U
∞
为特征速度，L
∞
为特征长度，f
rotation
表示旋转因子，max()表示取最大值函数。4.根据权利要求3所述的三维水翼空蚀损伤数值预报方法，其特征在于，步骤4.2中，所述空蚀损伤指标，数学表达式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：洪锋，薛环铖，曹栋禹，雷恩宏，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：