数值模拟两相汽蚀流动的新模型和算法

计算物理 ›› 2006, Vol. 23 ›› Issue (5): 530-536.

数值模拟两相汽蚀流动的新模型和算法

李军¹, 刘立军², 丰镇平¹

1. 西安交通大学能源与动力工程学院叶轮机械研究所, 陕西西安 710049;
2. Research Institute for Applied Mechanics, Kyushu University, Fukuoka 816-8580, JAPAN

收稿日期:2005-04-21 修回日期:2005-11-08 出版日期:2006-09-25 发布日期:2006-09-25
作者简介:李军(197l-),男,安徽,副教授,博士,主要从事叶轮机械内流的研究.
基金资助:
高等学校博士学科点专项科研基金(20040698049);西安交通大学自然科学基金(2004)资助项目

A Model for Two-Phase Cavitation Flows

LI Jun¹, LIU Li-jun², FENG Zhen-ping¹

1. Institute of Turbomachinery, School of Energy & Power Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China;
2. Research Institute for Applied Mechanics, Kyushu Universily, Fukuoka 816-8580, Japan

Received:2005-04-21 Revised:2005-11-08 Online:2006-09-25 Published:2006-09-25

摘要/Abstract

摘要： 提出了数值模拟两相汽蚀流动现象的新汽蚀模型和算法.提出的汽蚀模型和算法耦合了考虑紊流粘性效应的Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程求解方法,可以自动模拟空泡起始点、空泡长度和汽蚀空泡形状.在流场计算和界面修正的迭代计算过程中,跟踪并得到液相/气相界面.数值模拟了圆锥形圆柱体和半球形圆柱体在不同汽蚀系数下的汽蚀流动现象,得到了与实验值完全吻合的数值模拟结果,并且与已发表的数值研究结果进行了比较.计算结果表明提出的汽蚀模型和算法能够有效地模拟汽蚀流动中的气泡界面和气泡长度,汽蚀模型和算法的正确性和实用性得到了相应的验证.

关键词: 汽蚀, Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程, 液相/气相界面跟踪方法, 数值模拟

Abstract: An algorithm is developed for the flow field in a two-phase cavitation region.The algorithm is implemented in a viscous calculation based on a Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) equation solver considering the effect of turbulence.A prior solution of wall detachment point and bubble length is not required.They are simulated by a cavitation model.The liquid/vapor interface is tracked and obtained by an iteration of flow field and interface updating.The algorithm is well validated with a comparison of computational and experimental data available for external flows of a cone/cylinder body and a hemisphere/cylinder body.The liquid/vapor interface shape and bubble length are calculated.The pressure coefficient distributions obtained along the cavitation bubble surface agree well with experimental results.The feasibility and accuracy of the algorithm are illustrated.

Key words: cavitation, Reynolds-averaged Navier-Stokes equation, liquid/vapor interface tracking method, numerical simulation

中图分类号:

O359

李军, 刘立军, 丰镇平. 数值模拟两相汽蚀流动的新模型和算法[J]. 计算物理, 2006, 23(5): 530-536.

LI Jun, LIU Li-jun, FENG Zhen-ping. A Model for Two-Phase Cavitation Flows[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2006, 23(5): 530-536.

[1]	刘利, 牛胜利, 朱金辉, 左应红, 谢红刚, 商鹏. 临近空间核爆炸碎片云运动的数值模拟[J]. 计算物理, 2022, 39(5): 521-528.
[2]	吴丽媛, 张素英. 自旋相关光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体的基态[J]. 计算物理, 2022, 39(5): 617-623.
[3]	杜旭林, 程林松, 牛烺昱, 陈玉明, 曹仁义, 谢永红. 考虑水力压裂缝和天然裂缝动态闭合的三维离散缝网数值模拟[J]. 计算物理, 2022, 39(4): 453-464.
[4]	孙梦营, 马明, 过海龙, 姚孟君, 徐猛, 张莹. 零重力点热源马兰戈尼FTM数值模拟[J]. 计算物理, 2022, 39(2): 191-200.
[5]	赵腾飞, 张华. 气泡碰撞过程中形变及破碎现象分析[J]. 计算物理, 2022, 39(1): 41-52.
[6]	关富荣, 李成乾, 邓敏艺. 激发介质相对不应态对螺旋波动力学行为的影响[J]. 计算物理, 2021, 38(6): 749-756.
[7]	王俊捷, 寇继生, 蔡建超, 潘益鑫, 钟振. 基于Tolman长度的Lucas-Washburn渗吸模型改进及数值模拟[J]. 计算物理, 2021, 38(5): 521-533.
[8]	杨展康, 牛奕. 温度及围护通风对独头巷道氡浓度分布的影响[J]. 计算物理, 2021, 38(4): 456-464.
[9]	胡少亮, 徐小文, 郑宇腾, 赵振国, 王卫杰, 徐然, 安恒斌, 莫则尧. 系统级封装应用中时谐Maxwell方程大规模计算的求解算法:现状与挑战[J]. 计算物理, 2021, 38(2): 131-145.
[10]	陈皓, 蔡汝铭. 平流层飞艇气动外形优化设计:螺旋桨的影响[J]. 计算物理, 2020, 37(5): 562-570.
[11]	王子墨, 李凌. 超短激光打孔中快速相变的格子玻尔兹曼模拟[J]. 计算物理, 2020, 37(3): 299-306.
[12]	王智, 邹高域, 宫敬, 白剑锋, 翟博文. 一维双流体模型的压力修正算法[J]. 计算物理, 2019, 36(4): 413-420.
[13]	张珑慧, 由长福. 基于有限体积虚拟区域方法的两相流动直接模拟[J]. 计算物理, 2019, 36(3): 291-297.
[14]	徐丞君, 徐胜利. SPH二阶粒子近似光滑函数的充分条件及数值验证[J]. 计算物理, 2019, 36(1): 25-38.
[15]	王烨, 王艺, 胡文婷, 王良璧. POD方法在扁管管翅式换热器研究中的应用[J]. 计算物理, 2018, 35(5): 587-596.