[发明专利]适用于动边界空化绕流的空化模型修正方法

说明书

本发明涉及一种适用于动边界空化绕流的空化模型修正方法，属于水力机械技术领域。通过漩涡结构判定准则来定义滤波尺度，基于滤波尺度将流场划分为漩涡区域与非漩涡区域；然后针对漩涡区域的空化模型的蒸发相系数C_d乘以蒸发相动态修正系数f_d，凝结相系数C_p乘以凝结相动态修正系数f_p，非漩涡区域的空化模型蒸发相系数C_d、凝结相系数C_p保持原始模型数值。然后将蒸发相系数C_d、凝结相系数C_p再次带入空化模型质量传输方程中进行空化流场的求解。本发明采用漩涡结构作为滤波尺度，将数值预测模拟与空化流场信息相联系，考虑了动态边界对空化模型中汽液两相质量传输的影响，大大提高了动边界空化绕流预测精度。

技术领域

本发明涉及一种适用于动边界空化绕流的空化模型修正方法，属于水力机械技术领域。

背景技术

在水力机械研究中，旋转产生的附加作用力以及动静部件的扰动对湍流过程、边界层的发展、流动结构的时空分布有着重要的影响，非转动/转动部件的流场相互干扰的物理机制一直是研究的重点和难点。在螺旋桨、涡轮泵、水轮机启停机、飞逸、增减负荷等瞬态过程中，暂态过程瞬变流动会使升力面的有效攻角发生改变，其内部流动复杂多变，呈现出强烈的不稳定性，尤其在空化条件下严重影响装置的工作性能。

针对水力机械中的空化现象，往往采用实验和数值模拟两种研究手段。对于动边界绕流空化问题，实验研究成本较大，且精细化流场信息往往获取较少；数值模拟研究可辅助其获取较多的流场细节，进而可实现动边界绕流空化精细化流场及动态特性分析。发明专利(CN201910353057.2)公开了一种多尺度自适应模型对空化流进行仿真的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：对预先设定的计算域进行网格划分，并确定边界条件、气液两相的物性参数；步骤S2：对步骤S1中由于相变引起的气液两相之间的界面，采用离散气泡所占体积分数的连续空泡界面捕捉算法计算液体和气体之间的边界条件参数；步骤S3：根据边界条件参数确定界面位置，对界面处的网格采用网格动态分裂方法对其进行分裂，分裂后的网格精度通过设定分裂的阶数达到；步骤S4：对于经过步骤S3进一步分裂的界面破碎的位置，识别破碎处的小尺度气泡，将其转化为离散气泡，采用离散气泡随体算法跟踪每个离散气泡的运动轨迹，通过离散气泡生长溃灭与合并破碎的算法模拟跟踪过程中离散气泡的生长溃灭与合并破碎，对于离散气泡与连续气体所属的不同计算体系，采用离散气泡与连续气体的转化算法来实现两种计算体系之间的耦合。该发明专利针对不同尺度空泡分别求解，尚且适用于静态边界的空化流场，但是动边界空化绕流其流场结构更为复杂，尤其还存在各种旋涡区以及流动分离等现象，边界运动产生的动态效应对空化流场产生显著的影响。该发明专利尚未考虑边界运动所带来的动态效应问题，未将流场模拟真正地与流场漩涡结构相联系，因此对于动边界空化绕流问题预测常常存在较大的误差。

发明内容

本发明的目的是为了解决水力机械空化现象中存在的实验研究成本较大，且精细化流场信息获取较少的问题，提供一种适用于动边界空化绕流的空化模型修正方法，该方法能够提高动边界空化绕流数值预测精度。

本发明目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的适用于动边界空化绕流的空化模型修正方法，包括以下步骤：

步骤一：通过漩涡结构判定准则来定义滤波尺度，基于所述滤波尺度将流场划分为漩涡区域与非漩涡区域，当所述漩涡结构判定准则大于等于设定阈值A时为漩涡区域，当所述漩涡结构判定准则小于设定阈值A时为非漩涡区域；所述漩涡结构判定准则为omega；

所述omega的表达式为：