梢涡空化CFD数值方法

韩宝玉，熊鹰，刘志华

(海军工程大学 船舶与动力学院，湖北 武汉 430033)

梢涡空化是螺旋桨及高速艇水翼空化的主要组成部分.梢涡空化发生时，不仅会辐射大量噪声，诱发船体振动，还会使桨后舵产生严重剥蚀.在设计中要控制甚或消除梢涡空化的这些不利影响，需要准确了解梢涡流场的物理特征及空化的形成机理.

实验研究［1-4］在揭示螺旋桨及水翼梢涡空化的形成和发展方面做了大量工作.与实验相比，数值方法成本低且能得到流场内部多数细节问题，有助于人们理解内部流场的特征，因此应用数值方法模拟升力体梢涡空化非常有意义.

当前，应用RANS方法结合多相流理论模拟空化流形态及其分布，以此预报空化对流体机械性能的影响是数值研究的热点.RANS方法在计算梢涡流场时的难点是数值离散精度，涡核处网格尺度及湍流模型;而多相流理论中难点在于如何建立空化模型.

Dacles-Mariani等［5］研究了RANS方法中数值离散和网格尺度对梢涡计算精度的影响，认为对方程非粘性项离散要达到五阶精度，涡核横剖面每个方向至少有15个网格节点才能准确计算涡的流场分布.Spall等［6］通过对网格的特殊处理，认为在梢涡流场计算中只要涡核处网格尺度合适，二阶离散的精度就可以达到工程要求.在湍流模型研究方面，Churchfield等［7］发现现有的未经过旋转和曲率修正的一方程和两方程湍流模型都过高预报了涡核处的湍流粘性耗散，导致涡强迅速减……